Большая Советская Энциклопедия (МН) - [31]

, однако тщательное их изучение стало возможным после создания ускорителей заряженных частиц высоких энергий. В результате исследований взаимодействия частиц космических лучей с энергией до 10⁶ —10⁷ Гэв в лабораторной системе координат, а также частиц от ускорителей с энергией до ~ 10³Гэв (встречные пучки) выявлены некоторые эмпирические закономерности М. п.

  С наибольшей вероятностью в М. п. рождаются самые лёгкие адроны — nи-мезоны , составляющие 70—80 % вторичных частиц. Значительную долю составляют также К-мезоны и гипероны (~ 10—20 %) и нуклон-антинуклонные пары (порядка нескольких процентов). Многие из этих частиц возникают от распада рождающихся резонансов .

  Вероятность столкновения, сопровождаемого М. п. (эффективное сечение М. п.), при высоких энергиях почти не зависит от энергии сталкивающихся частиц (меняется не более чем на несколько десятков процентов при изменении энергии столкновения в 10⁴ раз). Приблизительное постоянство сечения М. п. привело к модели «чёрных шариков» для описания процессов столкновения адронов. Согласно этой модели, при каждом сближении адронов высокой энергии на расстояния, меньшие радиуса действия ядерных сил, происходит неупругий процесс множественного рождения частиц; упругое рассеяние при этом носит в основном дифракционный характер (дифракция волн де Бройля частиц на «чёрном шарике»). Эта модель сыграла важную роль в развитии теории сильных взаимодействий (в частности, в установлении теоремы Померанчука о равенстве эффективных сечений взаимодействия частиц и античастиц при предельно высоких энергиях). С другой стороны, согласно квантовой теории поля, возможен медленный рост сечения М. п. с увеличением энергии Е , не быстрее, чем ln²Е (теорема Фруассара).

  Число частиц, рождающихся в различных актах столкновения адронов определённой энергии, сильно варьирует и в отдельных случаях оказывается очень большим (рис. 1 ). Среднее число вторичных частиц (средняя множественность) медленно растет с ростом энергии столкновения Е и практически не зависит от типа сталкивающихся адронов (рис. 2 ). При существующей точности измерений зависимость от энергии одинаково хорошо описывается как логарифмической, так и степенной (типа E^v ; v < 1 ) функцией от энергии, что затрудняет выбор между различными теоретическими моделями М. п., предсказывающими разные типы этой зависимости. Средняя множественность много меньше максимально возможного числа вторичных частиц, которое определяется условием, что вся энергия столкновения в системе центра инерции (с. ц. и.) сталкивающихся частиц переходит в массу покоя вторичных частиц. Так, при столкновении протонов с энергией 70 Гэв (от Серпуховского ускорителя) с протонами мишени могло бы рождаться до 70 p-мезонов, в действительности же средняя множественность заряженных частиц при этой энергии составляет 5—6 частиц. Это означает, что на создание массы покоя вторичных частиц идёт только небольшая часть энергии столкновения, т. е. энергия тратится главным образом на сообщение овной части генерированных частиц большой кинетической энергии (большого импульса). В то же время характерной эмпирической закономерностью М. п. является то, что поперечные (к оси соударения) компоненты р_^ импульсов вторичных частиц, как правило, малы. Среднее значение р_^ ; составляет приблизительно 0,3—0,4 Гэв/с и почти постоянно в очень широкой области энергий. Поэтому вторичные частицы вылетают резко направленными и сужающимися по мере роста энергии потоками вдоль направления движения сталкивающихся частиц (в с. ц. и. — вперёд и назад, в лабораторной системе — по направлению движения налетающей частицы).

  Изучение М. п. очень существенно для выяснения структуры адронов и построения теории сильных взаимодействий. В этом отношении особое значение имеют закономерности, установленные при изучении специального класса М. п. — т. н. инклюзивных процессов, когда из большого числа М. п., происходящих при столкновениях адронов «а» и «b», отбираются события с рождением определённой частицы «с» независимо от того, какие др. частицы (X) и в каком количестве сопровождают рождение частицы «с». На важность изучения инклюзивных процессов указал в 1967 А. А. Логунов , установивший на основе квантовой теории поля предельные законы возрастания их сечения с ростом энергии (аналогичные теореме Фруассара). При экспериментальном исследовании инклюзивных процессов на Серпуховском ускорителе (1968) и сравнении полученных данных с результатами опытов при более низких энергиях был обнаружен своеобразный закон подобия в микромире — т. н. масштабная инвариантность, или скейлинг (scaling). Масштабная инвариантность состоит в том, что вероятность рождения «инклюзивной» частицы «с» с определённым значением продольного импульса p_L , (проекции импульса на направление движения сталкивающихся частиц) является при разных энергиях столкновения универсальной функцией от переменной Х = p_L/p_макс , где р_макс — максимально возможное (при данной энергии) значение продольного импульса частицы «с» (рис. 3