Наблюдение адронных
струй позволило измерить заряды кварков.
Поскольку адроны имеют целочисленные заряды, то
суммарные заряды адронных струй также целочисленны. Однако
если повторять один и тот же опыт по рождению струй много раз и
определять средний по событиям суммарный электрический заряд
струи, то он оказывается дробным и величина его именно такая,
какая и должна быть у кварков, образующих адронные струи.
Наиболее удобным для таких исследований является
глубоконеупругое столкновение нейтрино (антинейтрино)
с нуклоном − νN
и
N. В таких
процессах переносчик слабого взаимодействия заряженный W+ (или W-)
бозон может поглотиться лишь кварком d (или u)
нуклона, превратившись в кварк u
(d), который, вылетая из нуклона, даёт начало струе
адронов. Процесс столкновения мюонного нейтрино с нуклоном сводится к процессу
νμ +
d →
μ- + u.
(1)
Соответствующая диаграмма с учётом того, что кварк d входит в состав
нуклона-мишени (например, протона), показана на рис. 1.
Рис. 1. Диаграмма рождения
адронных струй при столкновении νμ с протоном
Аналогично можно получить, что
μ будет «выбирать» в
нуклоне кварк u и взаимодействовать с ним по схеме
μ +
u →
μ+ + d.
(2)
Конечный кварк (u - в реакции (1)
или d - в реакции (2)), получив в глубоконеупругом
столкновении основную часть энергии νμ(μ), приобретает
большую скорость и вылетает из нуклона в переднюю
полусферу в системе центра инерции (СЦИ). Этот кварк
называют лидирующим. Оставшиеся два кварка (кварки-наблюдатели) - медленные и
летят в заднюю полусферу, что приводит к возникновению
двух струй адронов, двигающихся в СЦИ в противоположных
направлениях. Струя в передней полусфере несёт информацию
об аромате (заряде) лидирующего кварка. Если поставить опыт так, чтобы с
определением зарядов адронов в струе в передней полусфере одновременно
идентифицировать заряд мюона, то мы будем знать, к какому из двух процессов - (1)
или (2) - относится конкретное
измерение. Усредняя многие измерения, можно проверить,
«помнит» ли струя адронов заряд лидирующего кварка.
Приведём
данные одного из измерений, выполненных в 1979 г. на нейтринном (антинейтринном)
пучке с энергией 100-200 ГэВ от протонного ускорителя TEVATRON (Fermilab, США) с
помощью пузырьковой камеры диаметром 4.5 м, наполненной жидкой
водородно-неоновой смесью и помещённой в сильное магнитное поле (~ 3 Тл). Камера
использовалась совместно с внешним мюонным идентификатором. Оказалось, что
средние (по событиям) заряды адронных струй, образующихся в передней полусфере
под действием пучка нейтрино (антинейтрино), следующие (в единицах элементарного
заряда):
Q(νN) = 0.65 ±
0.12;
Q(N) = -0.33 ± 0.09,
(3)
что убедительно согласуется с величинами +2/3 и -1/3 для u
и d-кварков.
N. В таких
процессах переносчик слабого взаимодействия заряженный W+ (или W-)
бозон может поглотиться лишь кварком d (или u)
нуклона, превратившись в кварк u
(d), который, вылетая из нуклона, даёт начало струе
адронов. Процесс столкновения мюонного нейтрино с нуклоном сводится к процессу
