Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы, страница 82

Формулы (89.5) с учетом различия между ч, н т„должны быть записаны следующим образом: 1г и +0 +т р+-»е++ч,+т„. % 102. Снстематика элементарных частиц В предыдущих параграфах мы видели, что закономерности, наблюдаемые в мире элементарных частиц, могут быть сформулированы в виде законов сохранения. Таких законов нанопилось уже довольно много (см. табл. 12). Некоторые из них оказываются не точными, а лишь приближенными. Так, например, закон сохранения гиперзаряда У (нли странности 5) выполняется в случае сильных и электромагнитных взаимодействий и нарушается в слабых взаимодействиях (соблюдение закона в данном виде взаимодействия указано з табл.

!2 знаком плюс, нарушение в знаком минус). Таблица 12 Вни иэенмодейстиин Закон сохрэненин электро- иэтнитиое слепое сильное Энергии и .. Импульса р Момента ямпульса (спина). М'. Электрического заряда сс . Бариоиного заряда В .. Лептоиною зарида Е .. Иаотопического спина Г Гиперзаряда У (илн странности 8) Заридоаого сопряжении С Четности Р Комбинироааиноз четности СР Каждый закон сохранения выражает определенную симметрию системы.

Законы сохранения импульса р, момента импульса М и энергии Е отражают свойства симметрии пространства и времени: сохранение энергии есть следствие однородности времени, сохранение р обусловлено однородностью пространства, а сохранение М вЂ” его изотропиостью.-Закон сохранения четности связан с симметрией между правым и левым (Р-инвариант- ность). Симметрия относительно зарядового сопряжения (симметрия частиц и античастиц) приводит к сохранению зарядовой четности (С-инвариантность). Законы сохранения электрического, барионного и лептанного зарядов выражают особую симметрию волновой функции. Наконец, закон сохранения нзотопического'спина отражает изотропиость изотопического (зарядового) пространства.

Несоблюдение одного из законов сохранения взиэчает нарушение в данном взаимодействии соответствующего вида симметрии. Например, электромагнитное 613 взаимодействие нарушает симметрию изотопичесного иростравства; вследствие чего изотопнческий спин; Т не сохраняется в электромагнитных взаимодействиях. В $98 мы видели, что введение квантового числа Т (пзотопического спина) позволило'объединить частицы в зарядовые мультиплеты. Расширение схемы нзотопического спина привело Гелл-Манна н независимо от него Ю.

Неймана к созданию в !961 г. теории унитар'- н о й с и м и е т р н и элементарных частиц. В этой теории предполагается, что сильное взаимодействие инвариантно относительно специальных преобразований ') в <р -у <у тг рис. 27Э. некотором трехмерном комплексном векторном пространстве (пространстве у н и т а р н о г о с п н н а), которые сохраняют неизменным изотопнческий спин Т.

и гиперзаряд У. Таким способом удается сгруппировать зарядовые мультиплеты в супермультнплеты (или у н н т а р н ы е и у л ь т и п л е ты). Частицы а), составляющие супермультиплет, должны иметь одинаковые спин и четность Р. Онн могут отличаться по массе, электрическому заряду, гиперзаряду и изотопическому спину. однако эти величины должны быть связаны между собой определенными правиламн. Систему симметрии частиц, устанавливаемую унитарной теорией, называют также в о с ь м е р и ч н ы м ') Принадлежащих х тан нааываемоа группе Зу(З). а) Име<отсн в виду лищь сильна: ваанмодеастау<ащие настины. б)4 путем, поскольку в ней производятся действия над восемью квантовыми числами '). На рис.

279 изображен октет (супермультнплет, включающий 8 частиц), объединяющий нунлоны (л, р) и Л-, Х-, Е-гипероны. Все они имеют спин !5 н положительную четность. Справа приведена масса частиц (в Мза), внизу — электрический заряд Я, слева — значения гиперзаряда У и изотопического спина Т. Резонансы, обозначаемые Л, Х', Е* и ь)-, образуют денаплег, приведенный на рнс. 280. Обращает на себя тглглсе ж,, ФЖ 4 -г о! лт +~ ряс. 280. внимание то обстоятельство, что массы этих частиц отличаются на почти одинаковую величину (-145 Мвв). Частицы, входящие в денаплет; имеют спин 9з и положительную четность. В момент создания теории Е*-гипсроны н ь)=частица еще не были известны.

Резонансы Е и Е"о были обнаружены в 1962 г. Оставалась незаполненной вершина пирамиды. Гелл-Манн предсказал, что отвечавшая ей частица должна 'иметь спин, рваный з~т, гиперзаряд У = — 2 и массу около !676 Маа (на 146 Мэв больше, чем масса Е*-частнц). Почти ') Это пазнанпс связано также с легендой, согласно которой Будде прннадлежнт афоризм о восьми путях, прнводяпгнх к уннчтожепню страданнй! верные взгляды, верные намсрвпня, вврныв речи, верные дсйствнн, верный образ жизни, всрныа усиляя, ввряыв заботы к верное сосредоточенно. тотчас же начались планомерные поиски этой частицы, получившей название ь' э-гиперона').

В Брукхавенской лаборатории для этой цели были использованы ускоритель на ЗЗ Гвн н 2-метровая пузырьковая камера, содержавшая 900 литров жидкого водорода, Было сделано около 300000 снимков, прежде чем на одном из них в январе 1964 г. был зафиксирован'процесс ронсдения и распада («--частицы. Ее свойства, в частности масса, в точности совпали с предсказанными теорией. Таким об. разом, открытие Й-чгиперона явилось триумфом теории унитарной симметрии. Так называемых элементарных частиц стало так много (вместе с резонансами более ста), что возникли серьезные сомнения в их элементарности.

Каждая из сильно взаимодействующих частиц характеризуется тремя независимыми аддитнвными квантовыми числами: зарядом Я, гнперзарядом У и бнрионным зарядом В. В связи с этим появилась гипотеза о том, что все частицы построены из трех фундаментальных частиц— носителей этих зарядов, Первая модель подобного рода была предложена японским физиком С.

Саката, который считал фундаментальными частицами протон р, нейтрон и и Аэ-гиперонз). Однако схема Саката оказалась неприменимой в области сильных взаимодействий. Геля-Манн и Цвейг ввели в рассмотрение гипотетические частицы, получившие название кварковз). Этим частицам приписываются дробные квантовые числа, в частности электрический заряд, равный — '/э, — '!э и +э(з соответственно длЯ каждого из тРех кваРков. Были предприняты попытки обнаружить кварки, для чего искали частицы со значительно меньшей нонизирующей способностью, чем у обычных частиц (ионнзирующая ') Эта частица относится к группе резонансов, ио имеет время жизни того же порядка.

( 1О'э сек), что н у гиперонов. Однако спин ее равен з(ь в то время как у всех гнперонов он равен ') То обстоительство, что многие частицы имеют массу, значительно меньшую суммы масс р, и и Лэ, не должно иас смушан,, так как масса системы связанных частиц может.оказаться намного меньше суммы масс частиц. входиших в систему (ср. с энергией связи частиц в ядре, $8З). ') Слово «кварк» заимствовано Гела-Манном из романа Дж.

Джойса «Пробуждение Финнегана», в котором аварками названы химерические сушества„ чудиашнеся герою романа во время галлюцинаций. б16 способность частицы с зарядом '/з должна быть в 9 раз меньше, чем у частицы с зарядом 1). Однако пока кварки не были наблюдены и их существование является проблематичным. Положение, сложившееся в физике элементарных частиц, сильно напоминает положение.

создавшееся в физике атома после открытия в 1869 г. Д: И. Менделеевым периодического закова. Хотя сугцность этого закона была выяснена только спустя примерно 60 лет. после создания квантовой механики, он позволил систематизировать известные к тому времени химические элементы и, кроме того, привел к предсказанию суще. ствования новых элементов и их свойств, Точно так же физики научились систематизировать элементарные. частицы, причем разработанная систематика в ряде случаев позволила предсказать существование новых частиц и предвосхитить свойства этих частиц. Однако «пока поиски систематики частиц находятся примерно в такой же стадии, как поиски периодической системы элементов, когда ими начинал заниматься Менделеев.

Направление это очень важное и очень нужное, но оно отнюдь не решит фундаментальной проблемы понимания всех законов микромира. Это понимание, очевидно, придет, только когда будет создана новая физическая тео. рия... Сейчас мы подходим к новому этапу познания фундаментальнейших законов строения природы, из которых как частный случай общего должны будут вытекать и квантовая теория, и теория относительности, и теория Ньютона... Нельзя предсказать, когда и как будет создана новая последовательная физическая теория... Но тот факт, что громадная армия экспериментаторов н теоретиков во всем мире работает на этом передовом для физики фронте, позволяет надеяться, что это время не за горами».