(Belle Dume, "Pionium atoms arrive en masse"
"PhysicsWeb", 01 October 2004)
Физики, работающие в
CERNе,
впервые получили большое количество пионных атомов,
то есть связанных состояний положительного и отрицательного пионов (Н.Н.:
обычно связанное состояние положительного и отрицательного пионов называют
пионным атомом или пионием по аналогии с позитронием, чармонием и боттомием).
Эксперимент
DIRAC
(Dimeson Relativistic Atomic Complex) позволил более точно
измерить время жизни пиония, что должно привести к лучшему пониманию некоторых
аспектов сильных взаимодействий
(B Adeva et al., J.Phys G: Nucl.Phys, 2004 (в печати)).
Сильные взаимодействия, которые удерживают кварки внутри протонов и нейтронов,
описываются квантово-полевой теорией, называемой квантовая хромодинамика (КХД).
Хотя предсказания КХД блестяще подтвердились при высоких энергиях, однако
эта теория до сих пор не полностью проверена при низких энергиях.
Положительный пион состоит из сильно взаимодействующих между собой кварка
u и антикварка d, в то время как отрицательный пион содержит
кварк d и антикварк u. Поскольку пионы в пионии имеют маленькие
относительные импульсы, то их взаимодействие описывается низкоэнергетической
КХД. Теория предсказывает, что пионий может распадаться на два нейтральных
пиона и должен иметь время жизни порядка трех фемтосекунд (то есть три на
десять в минус пятнадцатой секунды). Во многом, пионий похож на атом водорода,
хотя компоненты пионного атома обладают одинаковыми массами и обе относятся к
нестабильным частицам.
Первые пионные атомы были получены в 1993 году на ускорителе У-70 в
ИФВЭ
(Протвино, Россия). Хотя тогда было обнаружено всего 270 атомов, но это
позволило установить нижний предел, равный 1,8 фемтосекунды, на время
жизни пиония. В эксперименте DIRAC (в котором активно работают открывшие
пионий физики ИФВЭ) пучек протонов из протонного синхротрона PS (CERN)
с энергией 24 ГэВ рождает пионные атомы в протон-ядерных реакциях.
Схематическая диаграмма, которая поясняет механизм образования и распада
пиония.
Атомы разваливаются на пионы и антипионы, которые затем детектируются
в двухплечевом магнитном спектрометре (см. рисунок в начале статьи).
Этот спектрометр был специально создан для того, чтобы выделять
пионы от развала пиония на фоне огромного числа других адронов, образующихся
в протон-ядерных столкновениях.
Коллаборация DIRAC зафиксировала более 5000 пионных атомов в 640-а миллионах
протон-ядерных столкновений. Это позволило определить время жизни пиония со
статистической ошибкой порядка 15-ти процентов. В дальнейшем исследователи
надеются снизить эту ошибку до 10-ти процентов.
Перевод Н.Никитина
На рисунке в начале статьи представлен общий вид спектрометра DIRAC.
