Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 142
Текст из файла (страница 142)
Элементарным частицам приписывают еще одну квантово-механическую величину — четность Р— квантовое число. характеризующее симметрию волновой функции элементарной частицы (или системы элементарных частиц) относительна зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая функция части цы не меняет знака, то четность частицы Р=+ 1 (четность положительная), если меняв~ знак, то четность частицы Р= — ! (отрицательная).
Из квантовой механики вытекает закон сохранения четности, согласно которому при всех превращениях, претерпеваемых системой частиц, четность состояния не изменяется. Сохранение четности связано со свойством зеркальной симметрии пространства и указывает на инвариантность законов природы по отношению к замене правого левым, и наоборот. Однако исследования распадов К-мезонов привели американских физиков Т.
Ли и Ч. Янга (1956 гл Нобелевская премия 1957 г.) к выводу о том, что в слабых взаимодействиях закон сохранения четности может нарушаться. Целый ряд опытов подтвердили это предсказание. Таким об- разом, закон сохранения четности, как и закон сохранения странности, выполняется только при сильных и электромагнитных ээаило?)ейгтвиях. й 275. Классификация элементарных частиц. Кварки В многообразии элементарных частиц, известных к настоящему времени, обнару. живается более или менее стройная система классификации.
Для ее пояснения в табл, 8 представлены рассмотренные выше элементарные частицы, для которых приводятся основные характеристики. Характеристики для античастиц не приводятся, поскольку, как указывалось в 4 2?3, модули зарядов и странности, массы, спины, изатопические спины и время жизни частиц и их античастиц одинаковы, они различаются лишь знаками зарядов и странности, а также знаками других величин, характеризующих их электрические (а следовательно, и магнитные) свойства.
В таблице нет также античастиц фотона и и'- и Иг-мезонов, так как антифотон н антнпи-ноль- и антиэта-ноль-мезоны тождественны с фотоном и л'- и И"-мезонами. В табл. 8 элементарные частицы объединены в три группы (см.4272): фотоны, лептоны н адроиы. Элементарные частицы, отнесенные к каждой из этих групп, обладают общими свойствами и характеристиками, которые отличают их от частиц другой группы, К группе фотонов относится единственная частица — фотон, который переносит электромагнитное взаимодействие. В электромагнитном взаимодействии участвуют в той нлн иной степени все частицы, как заряженные, так и нейтральные (кроме нейтрино).
К группе лептанов относятся электрон, мюон, таон, соответствующие им нейтрино, а также их античастицы. Все лептоны имеют спин, равный 1/2, и, следовательно, являются фермионами (см. $226), подчиняясь статистике Ферми — Дирака (см. $235) . Поскольку лептоны в сильных взаимодействиях не участвуют, изотопиче- Г." з в и Ш! сггс мепт г Фп цап -. л пвгврныг час гг и Ыз Таблица 8 Символ м и м з з г' х з Название частицы з э в Группа м ы Фотон Фотоны /г +1 +! г/ +1 +! 206,8 О Лептоны /г г/ +1 +! 3487 0 1 ! '/г ~/ 264,1 273, ! 974,0 966,2 1074 Пионы Мезпны Кааны Эта-мезон '/г '/ Протон Нейтрпн Гипероны: лямбда ! 836,2 ! 838,7 Аароны Ап 3г пв и— Й- г/ /г /г '/г '/г /г г/ 0 ! ! 1 г/ О 2!83 2334 2328 2343 2573 2586 3273 Барионы сигма ) чг ! Б— (! кси омега ский спин им не приписывается. Странность лептонов равна нулю.
Элементарным частицам, относящимся к группе лептонов, приписывают так называемое лептонное число (лептаииый заряд) В. Обычно принимают, что В= + 1 для лептонов (е, р, т, ч„ч„, т,), В= — 1 для антилептоноа (е г, р+, т~, ч„ ч,) и Е=О для всех остальных элементарных частиц. Введение (. позволяет сформулировать закон сохранения лептонного числаг в замкнутой системе при всех йеэ исключения процессах взаимопревра. шаемости элементарных частиц лептонное число сохраняется. Теперь понятно, почему при распаде Электрон Электронное нейтрино Мюои Мюпцпое нейтрино Таоп Таоннпе нейтрино (258.1) нейтральная частица названа антннейтрино, а при распаде (263.1)— нейтрино. Так как у электрона и нейтрино В= + 1, а у пазитэана и антинейтрино В= — 1, то закон сохранения лептонного числа выполняется лишь при условии, что аитинейтрино вогникает вместе с электроном, а нейтрино -- с позитроном.
Основную часть элементарных частиц составляют адроны. К группе адронов относятся пионы, каоны, П-мазок, нуклоны, гипсраны, а тактке их античастицы (в табл. 8 приведены не все адраны). Адранам приписывают барианное число (барионный заряд) В. Адроны с В= =0 образуют подгруппу мезонов (пионы, Чл«чгь~а фьзикп лпг«н и ~ чл!ь: и и и иг«рнь, чз каоны, ц-мезон), а адроиы с В=+1 об. разуют подгруппу бариоиов (от греч.
«барнс» — тяжелый; сюда относятся нуклоиьг и гипероны). Для лептонов и фотона В= =О. Если принить для барионов В=+1, для антибариоиов (антинуклоны, антиги. пероны) В= — 1, а для всех остальных частиц В=О, то можно сформулировать закон сохранения барнониого числа: в замкнутой системе лри всех процессах взаимопревращаемости элементарных частиц барионное число сохраняется, Из закона сохранения барионного числа следует, что при распаде бариона наряду с другими частицами обязательно образуется барион. Примерами сохранения барионного числа являются реакции (273.1) — (273.5). Барионы имеют спин, равный 1/2 (только спин с! -гиперона равен 3/2), т.
е. барионы, как и лептоны, являются фермионами. Странность 5 для различных частиц подгруппы бариоиов имеет разные значения (см. табл. 8). Мезоиы имеют спин, равный нулю, и, следовательно, являются бозонами (см. $ 226), подчиняясь статистике Бозе— Эйнштейна (см. 9235).
Для мезонов лептонные и барионные числа равны нулю. Из подгруппы мезоиов только каоны обладают 5=+1, а пионы и Ч-мезон имеют нулевую странность. Подчеркнем еще раз, что для процессов взаимонревращаемости элементарных частиц, обусловленных сильными взаимодействиями, выполняютси асе законьг сохранения (энергии, импульса, момента импульса, зарядов (электрического, лептонного и бариониого), изоспнна, странности и четности). В процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями, не сохраняются только иэослин, странность и четкость. В последние годы увеличение числа элементарных частиц происходит в основном за счет расширения группы адронов. Поэтому развитие работ по их классификации все время сопровождалось поисками новых, более фундаментальных частиц, которые могли бы служить базисом для построении всех адронов. Гипотеза о существовании таких частиц, назван- ных кварками, была высказана независимо друг от друга (!964) австрийским физиком Дж.
Цвейгом (р. 1937) и ГеллМанном. Название «кварк» заимствовано нз романа ирландского писателя Дж. Джойса «Поминки по Финнегану» (герою снится сон, в котором чайки кричат: «Три кварка для мастера Марка»). Согласно модели Гелл-Манна — Цвей. га, все известные в то время аароны можно было построить, постулировав существование трех типов кварков (и, д, з) и соответствующих антикварков (и, Ы, з), если им приписать характеристики, указанные в табл. 9 (в том числе дробные! электрические и бариониые заряды).
Самое удивительное (почти невероятное) свойство кварков снязаио с их электрическим зарядом, поскольку еще никто не находил частицы с дробным значением элементарного электрического заряда. Спин кварка равен '/ь поскольку только из фермиоиов можно «сконструировать» как фермионы (нечетное число фермионов), так и бозоны (четное число фермионов). Аароны строятся из кварков следующим образом: мезоны состоят из пары кварк — аитнкварк, бариоиы — их трех кварков (антибарион — из трех антикварков). Так, например, пион л имев~ кварковую структуру ид, пион и — ид, кави К~ †, протон — иий, нейтрон— ийй, Х~-гиперон — низ, Х"-гкперои — ис(э и т.
д. Во избежание трудностей со статистикой (некоторые барионы, например Й -гиперон, состоят из трех одинаковых кварков (эээ), что запрещено принципом Таблица 9 44? 1 л л е х 33 «ые«ц нты фцзц«ч юечецтцркых чести г Контрольные вопросы Какова природа первичного н вторичного касмкческог9 излучения? Нззовцте кх свойства. Приведите схемы распада мюаков. Чем объясняется выброс мюонного лег!трико 1антккейтрк ко)? Приведите схемы распада я-иезонов. Дайте харзктернстнку я мезое ач Какие фундаментальные типы взаимодействий ос?ществляются в природе к кек их можно охарактеризовать? Какой нз ннх является уцкеерсальцым? Какие законы сохранения выполняются для всех типов взакмодеиствцй «леиентаркых часткц? Что является фуцдаментальиыи свойством всех элементарных частиц? Назовите свойства нейтрино я антккейтркко.
В чеи кх сходство и разлкчке? Какие характеристики являются для частиц к античастиц одина«цзыян? Какие — разными? Паули; см. $227) на данном этапе предполагают, что каждый кварк (антикварк) обладает специфической квантовой характеристикой — цветом: «желтым», «синим» и «красным».
Тогда, если кварки имеют неодинаковую «окраску», принцип Паули не нарушается, Углубленное изучение модели ГеллМанна — Цвейга, а также открытие в 1974 г. истинно нейтрального джей-псимезона (//Ч") массой около 6000 щн вре. менем жизни примерно 1О " с и спинам, равным единице, привело к введению но. ваго кварка — так называемого с-кварка и новой сохраняющейся величины — «очарования» (от англ, с)гагщ), Подобно странности н четности, очирование сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
