Нейтрино рождают очарованные частицы

ν_e,ν_μ, ν_τ - участвуют только в слабых взаимодействиях.

Рис.1. Взаимодействие мюонных нейтрино с протонами

Анализ реакций с образованием очарованных частиц и последующего их распада представляет собой довольно сложную проблему. Необходимо идентифицировать большое число частиц, измерив их массы. Поэтому одним из эффективных детекторов для наблюдения таких процессов является пузырьковая камера.
На рис. 1 показаны реакции взаимодействия мюонного ν_μ нейтрино с протоном, наблюдавшиеся в пузырьковой водородной камере, помещенной в магнитное поле (ЦЕРН).

ν_μ + p → D^*+ + p + μ⁻.

(1)

В результате реакции в первичном акте взаимодействия образуются 3 частицы: мезонный резонанс D^*+, протон и отрицательно заряженный мюон. На рис. 1 видны траектории протона и отрицательно мюона, вылетающих из точки взаимодействия, помеченной цифрой 1. Мезонный резонанс D^*+ состоит из очарованного кварка с и антикварка и имеет массу 2010 МэВ. Т.к. время жизни D^*+ мало (Г = 96+22 кэВ), он распадается в точке рождения на нейтральный D⁰ - мезон и положительно заряженный π⁺-мезон
D^*+ → D⁰ + π⁺.
Поэтому в точке 1 наблюдается еще один след принадлежащий π⁺ , образовавшемуся в результате распада D^*+. Второй след π⁺ - принадлежит положительно заряженному π⁺-мезону, образующемуся в результате распада

D⁰ → K^- + π⁺

(2)

Распад D⁰ - также наблюдается в точке 1 из-за его малого времени жизни (τ = (411.7±2.7)·10^-15 с).
По изменению радиуса кривизны траектории можно наблюдать цепочку последовательных распадов

π⁺ → μ⁺ + ν_μ
μ⁺ → e⁺ + ν_e + _μ

(3)

Образовавшийся в точке 1 отрицательно заряженный K⁻-мезон провзаимодействовал с протоном вещества пузырьковой водородной камеры в точке 2 с образованием Σ⁻-гиперона и положительно заряженного π⁺- мезона.

K⁻ + p → Σ⁻ + π⁺

(4)

Σ⁻-гиперон в точке 2 распался на нейтрон и π⁻ - мезон

Σ⁻ → n + π⁻

(5)

В результате в точке 2 видны следы от двух вылетающих пионов π⁺ и π⁻, образовавшихся в реакциях (4) и (5).
Нейтрон образовавшийся в реакции (5) в точке 3, провзаимодействовал с протоном вещества пузырьковой камеры и в результате в точке 3 наблюдается протон отдачи.
Нейтральные частицы (n, ν_μ, _μ, ν_e) образовавшиеся в реакции не оставляют следов в пузырьковой камере. Очарованные частицы распадаются преимущественно с образованием странных частиц.

Рис. 2. Рождение и распад очарованного бариона (BNL)

На рис. 2 показана фотография пузырьковой камеры в Брукхевене, на которой впервые зафиксировано рождение очарованного бариона. В правой части рисунка показана соответствующая фотографии схема, где траектории частиц, не оставляющие треков в пузырьковой камере, показаны штриховыми линиями. Нейтрино, внизу схемы взаимодействует с протоном. В результате взаимодействия возникает 5 заряженных частиц - отрицательный мюон, 3 положительных и 1 отрицательный пиона и одна нейтральная частица Λ-гиперон. Спирали - это электроны, движущиеся в магнитном поле. Λ-гиперон образует характерную V-образную картину, когда распадается на протон и отрицательный пион. Анализ треков приводит к выводу, что Λ-гиперон и четыре пиона образовались в результате распада очарованного бариона с массой около 2.4 ГэВ. Его распад происходит настолько быстро, что заметного трека в пузырьковой камере не видно. Однако о его образовании можно заключить из анализа образовавшихся частиц.

ν_μ + p → + μ⁻,
→ Λ + π⁺ + π⁺ + π⁺ + π⁻,
Λ→ p + π⁻.

18.01.17