ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структура нуклонов из "Введение в экспериментальную физику частиц Изд2 " Представление о размерах нуклонов дают полные сечения адрон-нук-лонных взаимодействий. Как видно на рис. 4.1, в рр-столкновениях нри импульсах налетающих протонов 10 ГэВ/с, где уже пе проявляется образование отдельных резонансов, гtot(да) 4 10 см . Отсюда эффективный радиус протона для действия ядерных сил составляет около 10 з см. [c.130] Размер области, в которой сосредоточен электрический заряд протона, может быть измерен по упругому рассеянию на протоне электронов высокой энергии — процессу, обусловленному электромагнитным взаимодействием. Такой метод определения размеров заряженных микрообъектов восходит к знаменитому опыту Резерфорда, в котором было открыто атомное ядро. Этот метод основан на зависимости углового распределения заряженных частиц, рассеявшихся па заряженной мишени, от размеров этой мишени чем она меньше, тем больше относительная вероятность рассеяния на большие углы. [c.130] Учет спинов сталкивающихся частиц и отдачи, испытываемой части-цей-мишепью, приводит к более сложной формуле, включающей зависимость от массы мишени и от потери энергии рассеиваемой частицы (или передаваемого ею импульса). Если же электрический заряд частицы-мишени распределен в некоторой области пространства, то угловое распределение упругого рассеяния меняется, а сечение оказывается меньше сечения рассеяния на точечном заряде. Множитель, определяемый отношением сечений рассеяния на мишени конечных размеров и на точечной, называют формфактором. [c.130] Формфакторы — функции распределения внутри рассеивающей частицы электрического заряда (электрический формфактор) или магнитного момента (магнитный формфактор). Последний является существенным нри рассеянии на нуклонах частиц, обладающих снином. У нейтронов он основной, поскольку их электрический формфактор близок к нулю . [c.130] Рассеяние частиц, как и многие другие процессы, происходящие в микромире, может быть понято только на основе представлений квантовой теории. Согласно квантовой механике (которую раньше называли также волновой механикой) частице с импульсом р соответствует длина волны Л = Н/р (см. 2.2). [c.131] Величина Л, называемая длиной волны де Бройля , определяет точность, с которой частица может быть локализована в пространстве. Зависимость Л от импульса частицы приведена на рис. 7.7. [c.131] Чем меньше величина Л налетающих электронов, т. е. чем больше их имнульсы р, тем лучше их разрешающая способность как зопдов для исследования структуры нуклонов. Однако для того, чтобы рассеиваемые электроны детально прощупывали структуру нуклона, необходимо, чтобы они не только обладали сами большими импульсами, но и передавали нуклону нри рассеянии значительный импульс. Это прямое следствие одного из фундаментальных положений квантовой механики — соотношения неопределенности, устанавливающего взаимозависимость точностей одновременного измерения координат х и импульса р Ах Ар к. [c.131] Величина переданного импульса q — основной параметр, определяющий в квантовой механике процессы рассеяния. [c.132] В частности, нри упругом рассеянии электронов на ядрах нри наименьших переданных импульсах процесс происходит на ядре как целом, нри больших — па отдельных нуклонах в ядре. [c.132] Первые эксперименты по упругому рассеянию электронов высокой энергии (188 МэВ) на протонах были выполнены Р. Хофстедтером и его сотрудниками в конце 50-х — начале 60-х годов В этих экспериментах было установлено отличие измеренного углового распределения от ожидаемого для точечной мишени и таким образом измерен формфактор протона. В дальнейшем эксперименты но упругому ер-рассеяпию были осуществлены в диапазоне энергий электронов до 20 ГэВ. Во всех этих экспериментах пучок электронов падал на жидководородную мишень, а углы вылета и импульсы рассеявшихся электронов измеряли магнитными спектрометрами. [c.132] Определенным в этих экспериментах формфакторам соответствовал радиус области распределения электрического заряда протона Гэф(р) = 0,86 10 з см. [c.132] Упругое рассеяние электронов на нейтронах измерялось по разности распределений, полученных с дейтериевой и водородной мишенями. Однако эта процедура требует учета поправок, связанных с ядерной структурой дейтрона (взаимной экранировкой протона и нейтрона), поэтому данные для рассеяния электронов на нейтронах менее точны, чем на протонах. Тем не менее был определен магнитный формфактор нейтрона. [c.132] Подчеркнем, что речь здесь идет о частицах микромира, подчиняющихся квантовым закономерностям. Поэтому адроны не имеют резко очерченных границ (хотя для некоторых процессов при высоких энергиях, Е т, такое приближение может приводить к достаточно верным результатам). Их можно скорее уподобить некоему облаку (виртуальных частиц), плотность которого плавно спадает к краям. Приведенные выше величины радиусов протона, пиона и каопа следует рассматривать как их эффективные значения. [c.133] В конце 60-х годов в ускорительном центре 8ЬАС (Стэнфорд) под руководством В. Пановского был построен линейный ускоритель электронов длиной две мили. Этот ускоритель открыл для исследований новую область энергий электронов, ускоряя их вплоть до 21 ГэВ. [c.133] Электрон с энергией Е в неунругом столкновении с протоном передает ему (через виртуальный фотон 7 ) импульс д. При этом электрон, энергия которого становится равной Е, отклоняется на угол О, а на протоне, получившем дополнительную энергию, рождаются адроны. [c.133] Для того чтобы в такой постановке эксперимента различать упругое и неупругое рассеяние, разрешение установки но энергии электрона должно быть значительно лучше 140 МэВ — минимальной энергии, необходимой для рождения одного пиона. [c.134] Дальнейшие исследования показали, что партопы следует отождествить с кварками (как структурными, так и морскими , т. е. виртуальными кварк-антикварковыми нарами), а также с глюонами. [c.135] Таким образом, удалось непосредственно прощупать кварки внутри нуклонов. Вследствие асимптотической свободы эти кварки ведут себя как почти независимые друг от друга. [c.135] Вернуться к основной статье