БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ПИ)

a = e 2/ c » 1/ 137

(здесь — постоянная Планка).

К процессам сильного взаимодействия пионов относятся рассеяние пионов нуклонами, рождение пионов в столкновениях адронов, аннигиляция антинуклонов и нуклонов с образованием пионов, рождение пионами так называемых странных частиц— К-мезонов и гиперонов и др. Неупругие взаимодействия адронов при высоких энергиях (>10 9 эв ) обусловлены преимущественно процессами множественного рождения пионов (см. Множественные процессы ) . В области меньших энергий (10 8—10 9 эв ) при взаимодействии пионов с др. мезонами и барионами наблюдается образование квазисвязанных систем — возбуждённых состояний мезонов и барионов (так называемых резонансов ) с временем жизни 10 -22— 10 -23 сек. Эти состояния могут проявляться, например, в виде максимумов в энергетической зависимости полных сечений реакций ( рис. 4 ).

Пионы, как и все адроны, испускают и поглощают виртуальные сильно взаимодействующие частицы (или пары частиц-античастиц). Радиус создаваемого таким образом облака виртуальных адронов, окружающего заряженные пионы, составляет примерно 0,7×10 -13 см.

Среди электромагнитных взаимодействий пионов наиболее полно изучены процессы рождения p-мезонов фотонами и электронами. Специфической чертой электромагнитных процессов с участием пионов является определяющая роль сильных взаимодействий. Так, характерный максимум в зависимости полного сечения процесса е ++ е -® p ++ p -+ p° от энергии ( рис. 5 ) обусловлен резонансным взаимодействием в системе трёх пионов (максимум соответствует энергии покоя w-мезона, который распадается на 3p). Хорошо изученное электромагнитное поле служит эффективным инструментом для исследования природы p-мезонов.

Слабое взаимодействие играет важную роль в физике p-мезонов, обусловливая нестабильность заряженных пионов, а также распады странных частиц на пионы. Изучение распадов p ® m + n , К ® p + p, К ® p + p + p привело к важнейшим открытиям физики. Было установлено следующее: образующееся в результате p — m --распада нейтрино (n m) отличается от нейтрино (n e), возникающего при бета-распаде атомных ядер (см. Нейтрино ) , в слабом взаимодействии не сохраняется пространственная чётность (Р); в распадах на пионы так называемых долгоживущих нейтральных К-мезонов ( ) нарушается закон сохранения комбинированной чётности (см. Комбинированная инверсия ) .

Роль пионов в физике ядра и элементарных частиц.Исследование процессов взаимодействия пионов с элементарными частицами и атомными ядрами существенно для выяснения природы элементарных частиц и определения структуры ядер.

В облаке виртуальных адронов, окружающем каждую сильно взаимодействующую частицу, наиболее удалённую область занимают пионы (так как они имеют наименьшую массу). Поэтому пионы определяют периферическую часть сильных взаимодействий элементарных частиц, в частности наиболее важную для теории ядра периферическую часть ядерных сил. На малых же расстояниях между адронами ядерные силы обусловлены преимущественно обменом пионными резонансами.

Электромагнитные свойства адронов — их аномальный магнитный момент, поляризуемость, пространственное распределение электрического заряда адронов и т.д.— определяются в основном облаком пионов, виртуально испускаемых и поглощаемых адронами. Здесь также играют важную роль резонансные взаимодействия пионов (см. Электромагнитные взаимодействия ) .

Наконец, влияние сильного взаимодействия на слабое также в значительной степени определяется p-мезонным полем.

Существующие представления о природе p-мезонов носят предварительный, модельный характер. Принято считать, что масса пионов обусловлена сильным взаимодействием, а различие масс заряженных и нейтральных пионов — электромагнитным. Большое эвристическое значение имела гипотеза Э. Ферма и Ян Чжэнь-нина (1949) о том, что пион представляет собой сильно связанную систему (с энергией связи ~ 1740 Мэв ) из нуклона и антинуклона. Согласно модели кварков, пионы являются связанными состояниями кварка и антикварка. Однако последовательная теория, описывающая p-мезонное поле и его взаимодействия с другими полями, отсутствует. Таким образом, ещё нет ясности в сложных вопросах природы и взаимодействия p-мезонов.

Изучение свойств p-мезонов и процессов с их участием интенсивно ведётся в крупнейших лабораториях мира.

Лит.: Газиорович С., Физика элементарных частиц, пер. с англ., М., 1969; Маршак Р. Е., Пионы, в кн.: Элементарные частицы, в. 2, М., 1963, с. 32—39; Орир Дж., Популярная физика, пер. с англ., М., 1969; Пауэлл С., Фаулер П., Перкинс Д., Исследование элементарных частиц фотографическим методом, пер. с англ., М., 1962.

А. И. Лебедев.

Рис. 3. Схема типичной установки для изучения взаимодействия p --мезонов с протонами. Ускоренные до энергии 660 Мэв протоны попадают на расположенную внутри ускорительной камеры мишень 1 из Be. Образующиеся p -- выводятся из камеры ускорителя через специальное окно 2 и после прохождения через коллиматор 3, отклоняющее магнитное поле (магнит 4) и счетчики потока пионов 5 направляются на жидководородную мишень 6. Продукты взаимодействия p -- с ядрами водорода регистрируются 7 (а — счётчики, б — поглотители).

Рис. 5. Зависимость полного сечения s процесса е ++ е -® p ++ p -+ p° от суммарной энергии (2 Е) встречных пучков электронов (е -) и позитронов (е +).

Рис. 4. Зависимость полных сечений s взаимодействия p +- и p --мезонов с протонами (p) от полной суммарной энергии сталкивающихся частиц в системе центра масс (Е ц .м.).

Рис. 1. Расщепление ядер фотоэмульсии: а—заряженным пионом с энергией 3,8 Гэв ; б—остановившимся p-мезоном.

Рис. 2. Фотография одного из первых зарегистрированных в ядерной фотоэмульсии случаев распада p +®m ++n m.