Открытие новой частицы

38

Открытие новой частицы

Январь 1983 года отмечен крупным событийем в истории физики. В Женеве, в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) обявлено об открытии новой частицы — W-бозона. Частца родилась при стольновении протона и антипротона, разогнанных до энергии 270 ГэВ (1 ГэВ = 10³ МэВ = 10⁹ ЭВ) каждый.

Явление это — чрезвычайно редкое. За два месяца работы установки зарегистрирования лишь шесть случайев рождения W-бозона (еще о двух случайах сообщила другая группа физиков).

Открытие новой частицы ожидалось с большим нетерпенем. И неслучайно: ее существование было теоретически предсказано еще несколько лет назад. Дело в том, что бозоны — «главные действующие лица» теории электрослабого взаимодействия, единой теории электромагнитных и слабых процессов (ее авторы С. Вайнберг, Ш. Глэшоу и А. Салам получили Нобелевскую премию 1979 года). Они связаны с полем слабого взаимодействия — взаимодействия, которое проявляется, например, при бета-распаде ядер. Эти частицы суть кванты слабого поля, аналогично тому, как фотоны представляют собой кванты электромагнитного поля.

Семейство слабых квантов состоит из трех частиц: W⁺, W⁻ и Z⁰; первые две — заряженные, последняя — нейтральная. С их помощью осуществляются многоные превращения в мире элементарных частиц.

Когда о новых частинах защища речь, никако не в одном опыте их не видел, и это очень огорчало ученых. Однако теория предсказала не только сам факт их существования, но и их массу: 78 ГэВ для W⁺ и W⁻ и 89 ГэВ для Z⁰ (напомним, что в физике элементарных частиц массу принято выражать не в единицах массы, а в единицах энергии).

Два года длилась подготовка к опытам, и, наконец, первые базоны были зарегистрированы приборами. Опыты (их руководителем был инальянский физик Руббина) проводились со встречными пунктами протонов и антипротонов, при стольновениях которых нарушу了 с другой частицами должны былирождаться и W-бозоны:

$$p + \bar{p} \rightarrow W + \text{что угодно.}$$

«Поймали», конечно, не сам бозон, а зафиксировали его последующий распад (вот почему более полное название новой частицы — промежуточный бозон). Например, родившийся положительный W-бозон распадается на позитрон и нейтрино:

$$W^{+} \rightarrow e^{+} + v.$$

Удивительно, что опытные оценки массы W-бозона — (81±5) ГэВ — оказались очень близки к теоретическим (добавка ±5 ГэВ — это оценка точности эксперимента; действительное значение лежит в пределах от 76 до 86 ГэВ). Это дает возможность считать проведенные опыты веса праводоподобными.

Можно сказать, что теперь теория электромагнитного и слабого взаимодействия получила экспериментальное обоснование. Хотя, конечно же, работа предстоятель еще немалая — надо накопить подобные случаеврождания W-бозонов, уточнить их свойства и, наконец, надо «поймать» и нейтральный бозон тоже.

Я. С.