ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.02.2021
Просмотров: 1395
Скачиваний: 2
Число
Число
поколений
поколений
фундаментальных
фундаментальных
фермионов
фермионов
Z
Z
-
-
бозон
бозон
Резонансная
кривая
распада
Z-
бозона
с
образованием
адронов
показывает
что
число
поколений
кварков
и
лептонов
N = 3.
Характеристика
Эксперимент
Стандартная
Модель
2
c
m
Z
,
ГэВ
91.1876
±
0.0021
91.1874
±
0.0021
Z
Γ
,
ГэВ
2.4952
±
0.0023
2.4972
±
0.0012
hadron
Γ
,
ГэВ
1.7444
±
0.0020
1.7435
±
0.0011
Γ
,
МэВ
−
+
е
е
−
+
μ
μ
−
+
τ
τ
83.91
±
0.12
83.99
±
0.18
84.08
±
0.22
84.024
±
0.025
μτ
е
Γ
,
МэВ
251.95
±
0.26
252.072
±
0.075
inv
Γ
,
МэВ
499.0
±
1.5 501.81
±
0.13
Γ
Γ
ν
−
1.991
±
0.001
Число
Число
поколений
поколений
фундаментальных
фундаментальных
фермионов
фермионов
Прецизионные
измерения
времени
жизни
Z-
бозона
были
выполнены
в
e
+
e
-
столкновениях
.
Время
жизни
Z
-
бозона
≈
10
−
25
с
,
поэтому
его
можно
наблюдать
только
по
распаду
на
другие
частицы
.
Z
-
бозоны
распадаются
на
кварк
-
антикварковые
(
q
q
)
пары
с
участием
всех
кварков
,
кроме
t,
и
пары
лептон
-
антилептон
всех
поколений
:
Z
→
q
+
q
,
где
q
=
d
,
u
,
s
,
c, b
,
,
.
Z
е
е
μ
μ
τ
τ
+
−
+
−
+
−
⎧
⎪
→ ⎨
⎪
⎩
+
+
+
,
,
.
е
е
Z
μ
μ
τ
τ
ν ν
ν
ν
ν ν
⎧
⎪
→ ⎨
⎪
⎩
+
+
+
Z
-
бозон
наблюдается
в
виде
резонанса
в
зависимости
числа
распадов
Z
-
бозона
от
энергии
столкновения
−
+
е
е
.
Максимум
числа
распадов
приходится
на
энергию
+
e
E
+
−
e
E
=
2
c
m
Z
≈
91
ГэВ
.
Ширина
Γ
резонанса
связана
с
его
временем
жизни
τ
соотношением
τ
Γ ⋅ ≈
.
Каналы
распада
характеризуются
шириной
hadron
Γ
,
μτ
е
Γ
,
neutrino
Γ
.
Полная
ширина
распада
Z
-
бозона
Z
Γ
:
Z
hadron
neutrino
е
μτ
Γ
Γ
Γ
Γ
=
+
+
.
Сечение
процесса
−
+
е
е
→
Z
→
адроны
:
(
)
0
2
2
2
2
( )
2
Z
Z
Z
hadron
h
e e
E
E E
σ
σ
− +
Γ
Γ
=
Γ
Γ
−
+
⎛
⎞
⎜
⎟
⎝
⎠
⋅
⎛
⎞
⎜
⎟
⎝
⎠
,
Число
Число
поколений
поколений
фундаментальных
фундаментальных
фермионов
фермионов
Полное
сечение
образования
Z-
бозона
σ
полн
(e
+
e
-
→
Z)
представляет
собой
сумму
сечений
трех
процессов
σ
полн
(e
+
e
-
→
Z) =
σ
полн
(e
+
e
-
→
Z
→
адроны
) +
+
σ
полн
(e
+
e
-
→
Z
→
заряженные
лептоны
) +
+
σ
полн
(e
+
e
-
→
Z
→
нейтрино
).
Ширина
резонанса
и
величина
сечения
в
максимуме
связаны
с
числом
различных
типов
нейтрино
,
на
которые
распадается
Z-
бозон
.
При
увеличении
числа
типов
нейтрино
,
т
.
е
.
количества
поколений
,
резонансная
ширина
распада
Z-
бозона
увеличивается
,
а
величина
сечения
в
максимуме
уменьшается
.
Таким
образом
,
число
типов
нейтрино
определяется
по
двум
независимым
параметрам
—
величине
сечения
в
максимуме
и
ширине
резонансной
кривой
e
+
e
–
аннигиляции
в
Z-
бозон
.
Из
эксперимента
была
получена
следующая
оценка
числа
возможных
типов
нейтрино
n
n
= 2.982
±
0.013.
Этот
результат
согласуется
с
данными
о
количестве
поколений
фундаментальных
фермионов
,
независимо
полученными
из
анализа
распространенности
водорода
и
гелия
во
Вселенной
.
Так
как
число
типов
нейтрино
вносит
существенный
вклад
в
плотность
энергии
и
скорости
остывания
Вселенной
после
Большого
взрыва
,
оно
определяет
соотношение
между
количеством
нейтронов
и
протонов
,
образующихся
в
момент
дозвездного
нуклеосинтеза
и
,
следовательно
,
соотношение
между
количеством
ядер
4
He
и
1
H,
образующихся
в
первые
минуты
эволюции
Вселенной
.
Наблюдаемое
соотношение
количества
изотопов
4
He/
1
H
~ 0.1
говорит
о
том
,
что
число
легких
типов
нейтрино
может
быть
два
или
три
и
противоречит
наличию
четырех
и
более
типов
нейтрино
.
Константы
Константы
взаимодействий
взаимодействий