Фейнман - 08. Квантовая механика I (1055673), страница 44
Текст из файла (страница 44)
2.2 (вып. 1). Оказалось, однако, что вози. кали только определенные комбинации, а другие — никогда. Про некоторые заноны сохранения было известно, что они обязаны соблюдаться. Во-первых, всегда сохранялись энергия и импульс. Полная энергия и импульс после события должны 15 за 53» быть такими же, как и перед событием. Во-вторых, существует закон сохранения электрического заряда, утверждающий, что полный заряд выходящих частиц обязан равняться полному заряду, внесенному начальными частицами. В нашем примере столкновения К-мезона и протона действительно происходят такие реакции: К-)Р (К-( ~-)и-) о К+Р 1+и (9.38) И никогда из-за несохранения заряда не идут реакции К +р р+Х +я' или К +р Л'+и'".
(9.39) Было также известно. что количество барионоа сохраняется. Количество вмходли~их барионов должно быть равно количеству зходяших. В этом законе ангпвчастлца бариона считается за минус один барион. Это значит, что мы можем видеть — и видим — реакции Лз ( по (9.40) или +Р— Р+К +Р+Р (где р — зто антипротон, несущий отрицательный заряд). Но мы никогда не увидим К-)пе( о (9.4г) или К +р- Р+К +и (даже если энергия очень-очень большая), потому что число барионов здесь не сохранялось бы.
Эти законы, однако, не объясняют того странного факта, что ния еследующие реайции, которые с виду не особенно отличаются от кое-каких приведенных в (9.38) или (9.40), тонге никогда не наблюдались: К +Р Р-(-К -(-Ке, (9.42) К + Р Р + и или К- Р Ле ( Кз. Объяснением служит сохранение странности. За каждой частицей следует число — ее страпносгпь Я, и имеется закон, что з любом сильном взаимодействии полная странность на выходе должна равняться полной странности па входе. Протон и антипротон (р, р), нейтрон и антинейтрон (и, и) и и-мезоны (и+, и', л ) — все имеют странность нуль; у К+- и К'-мазанов стран- ностьравна+1;у К иКе(анти-К') *,у Ле- иВ-частиц (Х-', Ее, Х ) странность ранна — 1.
Существует также частица со странностью — 2 (В-частица), а может быть, и другие, пока неизвестные. Перечень этих странностей приведен в табл. 9.4**. 'Габлача В.е сильно взанмодкиствхю- ° стганности щих частиц — 1 о н1 р н оо Барноны ЛО 20 Х К+ де й1езоны я Посмотрим, как действует сохранение странности в некоторых написанных реакциях. Если мы исходим пз К ипротона, то их суммарная странность равна ( — 1) + О= — 1.
Сохранение странности утверждает, что странности продувтпов реакции после сложения тоже должны дать — 1. Вы видите, что в реакциях (9.38) и (9.40) это действительно так. Но в реакциях (9.42) странность справа во всех случаях есть нуль. В них странность не сохраняется, и они не происходят. Почему? Это никому но известно. Никому не известно что-либо сверх того, что мы только что рассказалн. Просто природа так действует — и все.
Давайте теперь взглянем на такую реакцию: я попадает в протон. Вы можете, например, получить Л'-частицу плюс нейтральный К-мезон — две нейтральные частицы, Какой же из нейтральных К-мезонов вы получите? Раз у Л-частицы странность — 1, а у я и р+ странность нуль и поскольку перед нами быстрая реакция рождения, то странность измениться не должна. Вот К-частица и должна обладать странностью +1,— и быть поэтому К'. Реакция имеет ввд — Ло (Ко причем Я =- О-(- О = ( — 1)+ (+ 1) (сохраняется). Если бы здесь вместо Ке стояло Ко, то странность справа была бы — 2, чего природа не позволит, ведь слева странность нуль.
е Читайте: «К-куль с чертой». ее Среди новых частиц есть барион й' со странностью — 3.— Прим. ред. 15е С другой стороны, К' может возникать в других реакциях: и+ р — и+ и+ К'+ К+, где Я = О -(- О = О+ О+ (+ 1) + ( — 1), К -)- р и+ К', Я = ( — 1) + О = О+ ( — 1). или где Вы можете подуматгк «Не слишком лн много разговоров. Как узнать, Ко это или К'? Выглядят-то они одинаково. Они античастицы друг друга, значит, массы вх одинаковы, заряды у обеих равны нулю.
Как вы их различите?» Но реакциям, которые они вызывают. Например, К"-мезон может взаимодействовать с веществом, создавая Л-частицу, скажем, так: К +р Ло+я а Кс-мезон не мол«ет. У Ко неи способа создать Л-частицу, взаимодействуя с обычным веществом (протонами и нейтронами) *. Значит, экспериментальное отличие между К'- и К'-мезонами состояло бы в том, что одын из них создает Л-частицу, а другой— нет. Одно из предсказаний теории странности тогда заключалось бы в следующем: если в опыте с пионами высокой энергии Л-частица возникает вместе с нейтральным К-мезоном, тогда этот нейтральный К-мезон, попадая в другие массивы вещества, никогда не создаст Л-частицы. Опыт мог бы протекать таким образом.
Вы посылаете пучок я -мезонов в большую водородную пузырьковую камеру. След л исчезает, но где-то в стороне появляется пара следов (протона и я -мезона), указывающая на то, что распалась Л-частица *э (фиг. 9.5). Тогда вы знаете, что где-то есть Ко-мезон, который вам не виден. Но вы можете представить, куда он направился, применяя сохранение импульса и энергии. (Он затем иногда раскрывает свое местоположение, распадаясь на пару заряженных частиц, как показано на фиг. 9.5, а.) Когда К'-'мезон летит в веществе, он может провзаимодействовать с одним из ядер водорода (протонов), создав при этом, быть может, еще какне-го частицы. * Если, конечно, ои не создает вгог двух К» или других частиц с общей странностью +2.
Можно считать, что здесь речь идет о реакциях, з которых ие хватает энергии для зозиикновеиля этих добавочных странных частиц. *с СвободиаяЛ-частица медленно распадается путем слабого взаимодействия (так что странность ие абяэаиа при атом сохраняться). Продуктами распада могут быть либо р и н, либо и и и'.
Время жиэпи 2,2 ° 10 «о сгк. Ф и в. 9.б. Высокознерзстические события, наблюдавмыв в водородной пузырьковой камере. а — н -мезон шаимодейстзует с ядром водорода )прото«ам), образуя Ле-частицу и К -мезон; обе ча спицы распадаются в хаиере; б — Ке-мезои взаимодействует с прото«ом, образуя и -мезон и Ле-частицу, «оторая за1«ем распадается. (Нейтральные частицы не оставляют следа. Пред«спасаемые и«трав«торин по«озоны здесь штрияованными линиями,) Предсказание теории странности состоит в том, что К'-мезон никогда не породит Л-частицу в простой реакции, скажем, такого типа К о + р Л в + я ц хотя Кб-мезон зто может сделать.
Иначе говоря, в пузырьковой камере Ко-мезон мог бы вызвать событие, показанное на фиг. 9.5, б, где Л'-частицу из-за распада можно заметить, а К'-мезон не смог бы. Это первая часть рассказа. Это и есть сохранение странности. Странность, впрочем, сохраняется нб совсем. Существуют очень медленные распады странных частиц — распады, происходящие за большое время — порядка 10 "б бек *, в которых стран- * Типичное время для сильного взаямодействия ближе к 10 вз сек.
229 ность ие сохраняется. Их называют «слабые» распады. Например, К"-мезон распадается на пару я-мезонов (+- и — ) со временем я«пани 10 '» сек. Именно так на самом деле впервые были замечены К-частицы. Обратите внимание, что распадная реакция не сохраняет странности, так что «быстро», путем сильного взанмоденстзпя, она идти яе может. Может она идти только через слабый распадчый пропесс. Далее, К»-мезон также распадается таким же путем (на я н л ) н тоже с таким же самым временем жизни: К» Здесь опять идет слабый распад, потому что он не сохраняет странности.
Существует принцип, по которому для всякой реакции всегда найдется соответствующая реакция, в которой «материя» заменяется «антиматерией» и наоборот. Раз К'— зто античастица К', она обязана распадаться на античастицы л~ и я, но античастица я" есть я .
(Илп, если вам угодно, наоборот. Оказывается, что для я-мезонов нева»кно, кого из них назовут «материей», их зта материя совсем не интересует.) Итак, как следствие слабых распадов К"- и К»-мезоны могут превращаться в одинаковые конечные продукты. Если «видеть» их по их распадам (как в пузырьковой камере), то выглядят они, как совершенно одинаковые частицы.
Отличаются только нх сильные взаимодействия. Теперь наконец-то мы доросли до того, чтобы описать работу Гелл-Манна и Пайса. Во-первых, они отметили, что раз К» и К" оба могут превращаться в два я-мезонов, то должна также существовать некоторая аз»ляитуда того, что К' может превратиться в К", н такая же амплитуда того, что К' превратится в К'.
Реакцию можно записать так, как зто делают химики: К» л-+ + К» (9.43) Из су»цествовання таких реакций следует, что есть амплитуда, которук мы обозначим через — »ф (К» (»Р ' К»), превращения К» в К», обусловленная тем самым слабым взаимодействием, с которым связан распад на два я-мезона. Ясно, что есть и амплитуда обратного процесса (Х»)И'! К»). Так как материя и антнматерия ведут себя одинаково, то зти две амплитуды численно равны между собой; мы обозначим их через А: Я« ~ рр'~К»~ 4К«~ сп(К»у . (9.44) И вот, сказали Гелл-Манн и Пайс, здесь возникает интересная ситуация. То, что люди назвали двумя разными состояниями мира (Кг и К'), на самом деле следует рассматривать как одну систему с двумя состояниями, потому что имеется амплитуда перехода из одного состояния в другое. Для полноты рассуждений следовало бы, конечно, рассмотреть не два состояния, а больше, потому что существуют еще состояния 2н н т.
д.; но поскольку наши физики интересовались главным образом связью Кг с Кг, то они ие захотели усложнять положения и представили его приближенно в виде системы с двумя состояниями. Другие состояния били учтены в той мере, в какой их влияние неявно скажется на амплитудах (9.44). В соответствии с этим Гелл-Манн и Пайс анализировали нейтральную частицу как систему с двумя состояниями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
