Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 121
Текст из файла (страница 121)
Для «возбужденных» частиц изотопическне семейства могут носять и другую структур« — например, среди бариовов встречаются группы из 4 частиц Л'»-=-[иии|, Лт — — [иий[, Л«=[пни[, Л =-[й1и[: их называют Л-пзобарамв, а среди мезонов — «семейства», состоящие только из одной частицы Рассмотрим теперь адроны, в которые, помимо и- и и'-кварков, входят и кварки с другиии ароматами — их называют странные частицы, очарованные частицы я т. д. Продемонстрируем основные особенности кваркового строения таких адронов на примере частиц со странными з-кварцами, которые изучены гораздо более полно, чем очарованные н прелестные частицы.
Частицы с з-кваркамн имеют отличную от нуля странность. Если в состав странного Лариона, или, как его еще называют, гиперони, входит всего один странный кварк, то странность гипероиа 5=.— 1. Такой частицеи является Л.гиперон плн целое изотопическое семейство из трех Х-гипсронав: Л«=[низ[ — Л-гиперон Яд=О, ЕЛ=1), и Х =[ииз!, Е«= =[и«(з), Е "=[и»(в] — Х-гипероны, отличаюгциеся друг от друга зарядами и значениями изотопических ароматов.
Гипероны с двумя странными кваркама характеризуются странностью 5= — 2 и образуют иэотопическае семейство из двух частиц, получивших название Е-гвперонов. Их кварковая структура Е«=[им[и Е =[«ж|, а отсюда легко можно получить значения их квантовых чисел.
Существует и»« -гпперон со странностью 5= — 3, состоящий из однпхз-кварков: »У =[из). Так кака()-. гиперон не входят и- или й-кварк»к то у него нет «близких родственниковж соответствующее изотопическое семейство состоит всего из одной частвды. ") Так как неятральные системы ии, г(«( могут переходить друг в друга (зтот процесс можно рассматривать как аннигиляцию ии-пары и образование Ыпары н наоборот), то [ии| [»(б)-системы — это нейтральная состаиная частица, которая часть времени пребывает в состоянии ии, а часть времени — в состоянии»Ы (т. е.
ие-мезои). Ь2Ь Перейдем теперь к странным мезонам. Здесь должны существовать частицы типа [зи[ и [з«/]. Самые легкие нз инх («основные состояния») получали название К-мезонов и образуют изотопическое семейство из двух частиц; Къ=[зн[ и Ке=[Ф[. Их странность 3=+!. Как видно из кварковой с»руктуры этих мезонов, их ангичастицы образуют другое изото.
пическое семейство нз двух частиц с 5= — ! — так называемые анти-К. мезоны: К-=[хи) и К«=[з»(1. Помимо самых легких странных барнонов и К.мезонов, существует большое количество их «возбужденных состояний» вЂ” более тяжелых короткожнвущнх странных ~асти»!. Здесь все обстоит так же, как и для «обычных» частиц из я- и «/-ивар»сов. В последние годы были найдены и другие классы адронов с новыми квантовымн числами, похожимн на странность — очарованныс и прелестные барнояы и мезоны.
В состав этих частиц, помимо рассмотренных ранее и-, ьс и з-кварков, входят очарованные с.кварки и прелестные /ькварки, Кнарконая модель предсказывает очень большое разнообразие таких новых частиц, представляющих собой все возможные комбинапин из трех кварков (барионы) или иэ кварка и антнкварка (мезовы). Пока нз всего этого многообразия было обнаружено только несколько очарованных и прелестных адронов. Данные об этих уже найденных частицах и об их кварковой структуре приведены в табл.
(3. Странные частицы, как правило, обладают несколько большими массами, чем «обычные частицы», очарованные частвцы значительно более массивные, чем странные (их массы 2 — 3 ГэВ/сз), а прелестные частицы характеризуются еще большими массами (>5 ГэВ/ся). Такие различия в массах этих частиц связывают с различием масс составляющих кварков (см. табл. )4). В последнее время получены данные о том, что существует еще один класс адронов с очень большими массами 30 — 40 ГзВ/с'. В состав этих адронов, по-видимому, входят очень тяжелые !-кварки. Мы видели раньше, что близость в свойствах и- и «(-кварков привела к существованию изотопических семейств адронов, очень сходных между собой. з.кварк, хотя н отличается от п- н»/-кварков, но не слишком сильно.
Зто позволяет объяснить, почему отдельные изотопические семей. ства адронов, в состав которых входят и-, «/- и з.кварки, объединяются в некоторые родственные группы частиц, о которых говорилось в предыдущем параграфе. Более сложный анализ, основанный на кварковой модели, позволил установить состав и некоторые характеристики таких групп, которые прекрасно согласуются с опытом. Таким образом, кварковая модель позволяет хорошо объяснить основные черты систематики адронов.
ф 24!. Кварковая модель и процессы образования н распада адронов. Пользуясь правилами кварковой модели 5 239) и данными табл. 13, 14 (Я 239, 240), скажем теперь несколько слов о том, как в теории кварков описываются различные адронные реакции.
Вспомним, например, образование и-мезоиов в нуклон-нуклонных взаимодействиях и+р-ь — и+и+и+ (3 232). В кварковой модели зту реакцию следует записать следующим образом; «иЫ) + [миг[1 — [исЫ) + [и»й[) + [и![1. (241 Л) я р а н пе Мы видим, что реакция образования и-мезоиа свелась к образованию кварк-аитикварковой пары «Ы н к перегруппировне кварков между собой. Такая реакция удовлетворяет правилам кварковой модели (5 239, пункт 4) и может идти. Другой пример — это процесс образования барионов и антибарионов п +р я +р+р+р (такое взаимодействие зарегистрировано на фотографии в пузырьковой камере— рис.
4!б). В модели кварков имеет место процесс [би) -)- [ииЯ вЂ” [йи]+ [иип1-(- [иип)+ [йй~Ц, (241.2) «- « и О т. е. образование двух ии-пар и одной И-пары, которые затем сгруппировались в протон и антипротон. Рассмотрим теперь реакции образования странных частиц.
Здесь также разрешены только такие процессы, которые сводятся к образованию (аннигиляции) кварк-антикварковых пар с определенным ароматом и к перегруппировке кварков. Например, реакция [и3~ -)- [ний) — [низ~ + [зп) (241.3) л«р х«к+ сводится к аннигиляции пг(-пары и к рождению ю-пары и поэтому является разрешенной. Она наблюдалась на снимках в жидководородной пузырьковой камере. Вместе с тем, для того чтобы шла реакция [ий~ + [ниг()†[низ~ -1-[зп1, (241.4) ч+ о х+ ккварки должны изменяться: два з-кварка должны перейти в два и-кварка. Согласно основным положениям кварковой модели такие процессы не могут происходить — во всяком случае в сильных и электромагнитных взаимодействиях, в которых ароматы сохраняются. И действительно, реакция (241.4) никогда не наблюдалась ни в одном эксперименте.
Можно рассмотреть и ряд других реакций — например тех, в которых происходит совместное рождение целых групп странных частиц. Такой анализ носит очень простой характер. Как видно из рассмотренных выше примеров, он, по сути, сводится к некоторой «игре в кубики», где под кубиками подразумеваются кварки с определенными ароматами. «Правила игрьп здесь сформулированы в постулатах кварковой модели (см.
9 239). В последние годы во многих сильных и электромагнитных процессах при высоких энергиях наблюдались события 628 Рис. 424. Образование и распад очарованных гте н Ггз-мезонин. На рисунке показаны две фотографии событий парного образования очарованных частица реакции и-б-р — ггеч-7зч+ бтрутне частицы) в пузырьковых камерах с высоким пространстиенным разрешением. Вч-мсзоны имеют время жизни !О-ы с н пролетают расстояния в несколько мм. Зарегистрированы их распады Оч-ч-К- -';л' ' л-+и- и ГушеК +л Вверху справа и внизу приведены с~сны соответствующих событий. совместного образования очарованных и прелестных адронов.
Распады таких частиц обусловлены слабыми взаимодействиями и характеризуются временами жизни 10 "— 10 "с. При этом частицы успевают пролететь очень малые расстояния, которые даже при релятивистском возрастании их времени жизни (см. з 236) оказываются порядка нескольких миллиметров. Для регистрации таких частиц нужны детекторы, которые позволят надежно измерять столь малые расстояния. На рис.
424 представлены снимки событии я р-взаимодействий, полученные в специальных небольших пузырьковых камерах, в которых удалось получить очень точные фотографии с хорошим пространственным разрешением. На этих снимках наблюдается парное образование очарованных частиц — 0«-мезона н 0'-мезона — в сопровождении других адронов (в оснонном и-мезонов): и 4 р . 0' , '0' ! (другис частицы). (24!.5) С точки зрения кварковой модели реакция сводится к образованию некоторого количества кварк-антикварковых пар (в том числе и пары сс-кварков), которые затем группируются в 0'- и 0«-мезоны и в дополнительные адроны. Вообще надо отметить, что при высоких энергиях в процессах соударений может наблюдаться образование очень большого числа кварк-антикварковых пар, которые проявляются затем во множественном образовании адронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
