И.М. Капитонов - Введение в физику ядра и частиц (1120452), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Если при этом предположить, что стращюсть 'сохраняется в сальных взаимодействиях и ве сохраняется в слабых, то процессы (9.6) и (9.6) получают объяснение (квантовые числа странноств приве- девы под свмволамв частиц в процессах (9.6) и (9.6)). В заключение этого раздела сформуцвруем точное различие частивчм и аатвичаспищы. При переходе от частнпы к античастице (и наоборот) знаки всех аддитиввых квантовых чисел (имеющих смысл зарядов различного типа) менюотся на противоположные, т.е.
меняют зпвн Я, В, Х„Ь„, Ь, 1з, Я, С, В, Т, а также магнитный момент частицы, так как ов пропорционален электрическому заряду ьГ; не мепяизтся 'масса частицы, ее спин; вэоспии Е, величина магнитного момента, время жизни в снособ распада частицы (с заменой всех частиц распада ва античастицы). Так, из (9.6) следует, что частзща Л (автилямбда гиперон) распадается следующим образом: зе-м ~ + Х вЂ” + р+т.
(9.7) +1' зе' О+О 151 Цифры под символами античастиц в (9.7) — их квантовые числа странности. Электрический заряд антицротова (в единицах е) равен — 1. Если все аддитивные квантовые числа (заряды) частицы равны нулю, то такая частица тождественна своей античастице, т.е. ничем от нее не отличается. Подобные частицы называют истинно нейтправьны ки.
Примерами таких частиц являются фотон (7), тт -мезон и Я-бозон. Четность антифермиона противоположна четности фермиона. Четности бозона и антибозона совпадают. В+Я Я=уз+— 2 (9.8) К ьг = 1з+ —, 2' где У = В + Я вЂ” так называемый гиперэаргд. (9.9) 4. Сильные взаимодействия. Аароны. Правило Накано — Нишиджимы — Гелл-Манна Адроны — зто протяженные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях. Их около 450.
Это самый обширный класс частиц. Как уже говорилось, адроны с полуцелым спинам (фермионы) называют барионами (для них барионное число В = 1). Адроны с целым н нулевым спинам (бозоны) называют мезонами (В = О). Повально давно было известно, что адроны неточечны и имеют размер ае 1 Фм. Лишь с появлением кварковой модели удалось навести порядок в обширном семействе адронов. Решающее значение для классификации адронов выело правило (формула), установленное Накано, Ниитидэсимой и Гелть л1анном в 1953 г., которое для краткости мы будем называть правилом ННГ. Выло обнаружено,что — и барионы (антибарионы), и меэоны (антпимеэоны) образуют группы по 3-30 частиц с одинаковььм спинам и четноетью .Р (этпи группы называют супермультиплепнтми); — гарактеристпики адроное связаны правилом ННГ и в диктуемой етним правилом координатной плоскостпи супермультиплетпы образуютп фигуры с высокой стпепенью симметприи.
Правило ННГ связывает электрический заряд адрона Я (в единицах е), его третью проекцию изосиина Гз, барионный заряд В и странность Я выражением 152 Формулы (9.8) и (9.9) — зто обобщение связи между зарядом Я частицы и ее проекцией изоспииа 1з, которая имеет место для барионов со странюстью Я = О, в частюсти протона и нейтрона (соотношение (6,7)). В качестве примеров в дальнейшем будем рассматривать три супермультиплета (два бариовных и одик везен/антнмезонный), в которые группаруются самые легкие адроны: — монет мазов/автвыезововг — о — октет барвововг ,уэ = 0 уг гг+ + м - гго Р) в1 Аг В г 4~ е В г — декувлет барвововг А,++ А+ Ао А- В+ Во В-* ого. 1 > $1 з э з (9.10) Таблица 9,4 Октет легчайппях бариовов с ге = г/г+ у — оуг+ Рассмотрим более детально октет бариоков .гэ = - . Хаг+ рактеристнки бариовов этого октета даны в табл.9.4.
Ниже огсз = 1400 МзВ нет других барионов с Р' = 1+. 153 Из правила ННГ следует, что, так как В = 1, то из с/, 19 и Я (или У) остаетсз две независимых величины и все барионы данного октета можно получить, меняя толью 1з и Я (нли У). Разместим барионы этого октета на плоскости, где горизонтальная ось координат — ось значений 1з, а вертикальная ось— ось значений странности Я (гвперзаряда У).
Барионы окажутся в узлах координатной сетки (рис. 9.5) и мы получим следующую картину (рис. 9.6): з(1') О (+1) /и1/2 /и( (т) /ио (Л) .1(О) -2 (-1) /=1/2 -1/2 О 1/2 1 // Рис. 9.9 Рис. 9.6 Если рисовать эту картину в координатах 19 и У, то ее центр оказывается в начале координат. Частицы октета, лежащие на горизонталях (при одном и том же Я), образуют вэоспзвоеые муле/вевлещы (см. также табл.9.4).
Лля данного октета мы имеем один изосинглет Л (1 = О), два изодублета а, р и Н, Е~ (1 = '/з) и один изотриплет Е, Ее, Е+ (1 = 1). Внутри изомультиплета частицы отличаются лишь проекцией изоспина (электрическим зарядом). Частицы изомультиплета обладают сходными свойствами по отношению к сильному взаимодействию. Различие их масс, отражыощее высокую степень изоспиновой симметрии в сильных взаимодействиях, всего лишь дола процента и имеет электромагнитную природу. В то же время различие в массах частиц разных нзомулътиплетов существенно (6-4079) и определяется сильным взаимодействием.
Аналогично в координатах 1з, Я(У) строятся фигуры и для другах вьппеупомянутых супермультвплетов адронов — полета мезонов (антимезонов) с,Р = 0 и декуплета барионов с,Р = = з/з+ (п. 6 и 8 настоящей Лекции). юз зю 154 Лекция Я 5. Кварки Гипотеза о существовании кварков родилась из попьггок представить адроны супермультннлетов (9,10) в виде совокупнасти минимального числа более фундаментальных частиц. Кеариаеая мадееь возникла в 1903 г. Ее автоРы — Галл-Манн и Цвейг (термин кварк предломев Гепл-Манном и взят им нз романа Лжойса «Поминки цо Финнегану»), В соответствии с кварковой моделью барионы состоят из трех кварков, а мезоны — из кварка и антикварка. Сенсационность кварковой гипотезы — в дробности электрического и бариовнаго зарядов,приписываемых кваркам.
Характеристики кварков даны в табл.9.5. Таблица 9.5 Характеристики кварков (для всех кваркоа,Р = г/э+ в бариоивый заряд В = 1/э) Вначале было введено три кварка: и, б, э. Их было достаточно для оцисания известных в то время (самых легких) адронов. В дальнейшем список кварков увеличился до шести, и в настоящее время считается, что известны все кварки. Все кварки «наблюдались», т.е. их существование доказано экспериментально, хотя в свободном состоянии оии, во-видимому, не существуют. Иэ табл. 9.5 видно, что цо существу все аддитивные квантовые числа, црисушие сильному взаимодействию (кроме барнонного заряда В, который равен э/з для всшг кварков), прввязавы к конкретным кваркам. Изаспвном обладают кварки И и а (в названиях этих кварков, цроисходацих от английских дана н 155 пр, указано, куда направлен вектор изоспина), странностъю— только э-кварк, очарованием — с-кварк, квантовоечисло ЪоФсош несет Б-кварк, а 1ор — 3-кварк.
Отсюда следует простой рецепт определения всех этих квантовых чисел для любого адрона— по кварковому составу этого адрона. Квантовые числа антикварное определяются по общим правилам, которые связывают характеристики частиц и античастиц (конец и. 3 настоящей Лекцви). Поскольку кварки ве существуют в виде свободных изолированных частиц, то указанные для иих в табл. 9,3 массы требуют поясненвй, которые будут даны в конде Лекции 10. б-Кварк несколько тяжелее и-кварка, что и приводит к распаду нейтрона. Кварковъ|й состав бариона д;д 9ъ, антнбариона 9Дз9ь, где ншкний индекс отличает пзэп (аролаш) кварка.
Ароматы кварков, входящих в состав адронов, могут совпадать. Кварковая структура мазанов имеет вид дД, антнмезоиов — д;9 . С учетом тяжелых кварков с, Б, г и связанных с ннми квантовых чисел СЬагш, Войош, Тор обобщаем понятие гицерзаряда: У=В+Я+С+В+У.
(9.11) При этом с обобщевкъм4 гэоерзсрядом остается справедливым правило ННГ: Я = Гз + 1'. б. Кварковая структура легчазгших оарионов и мезоиов Кварковый состав октета легчайших барвонов с,Р = ~/з+ (табл. 9.4) показан на рис. 9.7, въшолненвом в координатах Уз, Я. Вариоввый октет,Р = 1/з+ формируется из трех легчайших кварков и, Ы, э. Из полученных семи комбишщий этих кварков одна (иев) соответствует двум разным частицам— Ее и Л. Отличие этих двух частиц состоит в том, что Ее это частица с изоспином 1 = 1 н проекцией изосцнна 1з -- О, т.е.
эта частвца входит в состав изотриплета Е+, Ее, Е, В то же время Л вЂ” это изосинглет, т.е.частица с У = О и 1з = О. Если на рнс.9.7 все частицы заменим на античастицы, то получим кварковую структуру октета легчайших антибарионов. В состав этого октета будут, например, входить антинейтрон И (йбв), антипротон р (Ш), антисигма-минус-гвнерон с кварковым составом (аз), имеющвй отрицательный электрнческий заряд и поэтому обозначаемый Е .
Соответственно автичастицей Е будет Е . — + |о 156 На.рис. 9.8 показав кварковый состав нонета легчайших мезонов с Х» = 0 (частицы, входящие в состав зтого мультиплета, приведены в первой строчке выражения (9.10)). Ниже пзсз = 1000 МзВ нет других мезонов с .)» = 0 .
Этот супермультиплет, как н все другие супермультиплеты мезонов, одновременно содержит частицы и их античастицы (зто отличает мез!шы от барионов), т.е. в данком случае мы кме- ,(»«112+ !«1(2 !«1 (Е) ма(л) 1 1(2 -1Я О «2 1 -1)2 О 1/2 1 ем супермультиплет мезоРас. 9.7 нов/автимезонов. Лействитечьно, рас- «' «О смотпзим, напРимеР, части- К 499 К"( 494 цу К (от). Чтобы получить 1 'ст ия ее автвчасткцу К, нужно кварки, вхсаяшие в состав «о(1ЗО) я-14О) я+И 1О КО> ЗаМЕннтЬ На аитнКВар- О Оц Об Я 1~1(") ' ки: !(-) 2, о-+ о. Получаем « К (~Ь).
Именно зта частица занимает нижнюю пра® Я~) 1«1(2 вую «ячейку» рис. 9.8. ВоК"(494] ~„гй«( 499 обше частица и ее античастица на рис.9.8 располагаются свмметрично отРас. 9.8 носитеш но центра Фигуры (точки с Я = 0 и 19 = 0). Рядом с символом частицы на рис.
9.8 приведена ее масса в МзВ (напомвим, что массы часткпы и актвчастицы равны), что позволяет разбкть покет метов/аитвмезовов на изоспиновые мультиплеты (в которые, как уже говорилось, группируются частипы с близкими массами). Нонет 'распадается ва два изодублета (4 1/3)' Ко К+ и К Ко о риплет (У 1)' т яо т+ и два изосинглета (1 = 0): !) к !)'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
