Новости науки 05.03.01. Измерение размеров гиперядер

Исследование гиперядер -- то есть, ядер, содержащих не только протоны и нейтроны, но и иные элементарные частицы -- оказалось неожиданным местом пересечения двух практически разошедшихся ответвления физики микромира: физики элементарных частиц и старой доброй ядерной физики. Помещая в ядро метастабильную элементарную частицу, ученые изучают "отклик" ядра на ее присутствие и таким образом по-новому пытаются взглянуть на пока еще не понятые ядерные силы. Отклик такого рода исследовался и в недавнем эксперименте японской коллаборации E491 (ускорительный комплекс KEK) [K.Tanida et al, Phys.Rev.Lett. 86, 1982 (2001)].

В этой работе исследовалось гиперядро ⁷_LLi, которое представляет собой обычное ядро ⁶Li плюс дополнительный L-гиперон. L-гиперон -- это нейтральная метастабильная частица, похожая на нейтрон, но имеющая кварковую структуру uds. Она распадается за счет слабого взаимодействия за время около 260 пикосекунд, что вполне достаточно для того, чтобы быть захваченной ядром и просуществовать в нем некоторое время.

Важно то, что L-гиперон не испытывает влияние принципа Паули (который очень важен для протонов и нейтронов). Поэтому, попадая в ядро, L-гиперон "садится" в его центре и начинает притягивать окружающие нуклоны за счет сильного взаимодействия. Теоретические расчеты, проведенные еще в 1983 году, показали, что за счет этого притяжения размер достаточно рыхлых (то есть, слабо связанных) ядер должен слегка уменьшиться.

Именно это предсказание было впервые проверено в работе [K.Tanida et al, Phys.Rev.Lett. 86, 1982 (2001)]. В этом эксперименте впервые наблюдался гамма-переход в гиперядре (квадрупольный переход с уровня 5/2⁺ на 1/2⁺ ядра ⁷_LLi) и было измерено время жизни гиперядра на уровне 5/2⁺: 5.8 +/- 1.0 псек. Эта величина была переведена на язык приведенных вероятностей перехода и сравнивалась с соответствующим значением перехода 2⁺ в 0⁺ ядра-близнеца ⁶Li.

Как же отсюда можно извлечь информацию о размере ядра? Поскольку мы имеем дело с квадрупольным переходом, то амплитуда вероятности в первом приближении пропорциональна квадрупольному моменту ядра. Таким образом, вероятность перехода приблизительно пропорциональна четвертой степени радиуса ядра. (Впрочем, квадрупольный момент может изменяться не только за счет уменьшения радиуса, но и за счет искажения формы ядра. Признавая эту проблему задним числом, авторы, тем не менее, не углубляются в детали.)

Полученная в эксперименте приведенная вероятность перехода гиперядра оказалась меньше, чем у обычного ядра. Отсюда было получено, что размер ядра уменьшается с добавлением L -гиперона: отношение радиусов гиперядра и обычного ядра составило 0.81 +/- 0.04. Этот результат вполне укладывается в общую картину того, как гиперон влияет на рыхлое ядро.

Стоит отметить, что эта работа была научным дебютом недавно сконструированного германиевого детекторного массива Гипербол (Hyperball), предназначенного специально для гиперядерной гамма-спектроскопии.

перейти к началу страницы