Измерения масс нейтральных частиц

Информацию об инвариантных массах, о временах жизни многих заряженных частиц можно получить из расшифровки следов в трековых камерах. Для этого достаточно измерить энергию частицы (по толщине следа), импульс (по радиусу кривизны трека в магнитном поле), время жизни в лабораторной системе отсчета (по длине следа от рождения до распада). Как быть с нейтральными частицами, которые следов не оставляют? Инвариантная масса нейтральной частицы может быть определена по трекам заряженных частиц, на которые она позднее распадается. Например, нейтральный пион может распадаться на электрон и позитрон. По трекам электрона и позитрона можно определить их энергии и импульсы. А поскольку инвариантная масса сохраняется (инвариантная масса пары электрон-позитрон равна инвариантной массе того, что распалось на эти частицы), подстановка полученных значений в выражение инвариантной массы пары даст инвариантную массы нейтрального пиона.

Задача 1. В пузырьковой камере обнаружен характерный след - вилка, который можно трактовать как распад нейтральной частицы на электрон и позитрон. Угол разлета электрона и позитрона оказался равным 1200. По радиусу кривизны треков определили, что импульсы частиц одинаковы и, измеренные в единицах pc, равны 77,94 МэВ. Чему равна инвариантная масса распавшейся частицы, если энергии покоя электрона и позитрона равны по 0,51 МэВ?

Задача 2. Вскорепосле открытия нейтрона было установлено, что он нестабилен. В трековых камерах после распада нейтрона оставались следы электрона и протона. Так, например, после распада покоящегося нейтрона могли возникать такие ситуации: следы электрона и протона составляют угол 900, импульс протона ppc=0,515 МэВ, импульс электрона pec=0,40 МэВ. Какие выводы следовало сделать из этих фактов?

Решение. Если распавшийся нейтрон покоился, полный импульс до и после распада равен нулю. Но сумма импульсов протона и электрона не равна нулю, значит, среди продуктов распада была еще одна, незарегистрированная частица с импульсом, равным по модулю сумме импульсов протона и электрона и противоположно направленным: = 0,652 МэВ. Энергии, уносимые протоном и электроном: ; = . Начальная энергия нейтрона равна En=939,6 МэВ. Таким образом, на неизвестную распадную частицу приходится Ex=939,6-938,3–0,648» 0,652 Мэв. Инвариантная масса неизвестной частицы равна

История такого рода экспериментов является историей открытия новой частицы - нейтрино, которую долгое время не могли экспериментально обнаружить.