physics_saveliev_3 (535941), страница 81

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 81)

:+ е'+ т) запрещен законом сохранения энергии, а распад иа позитрон, нейтрино и антинейтрино (р — е' + + и + о) — законом сохранения бариоиного (а также и лептоиного) заряда '). Чтобы объяснить запрет одиночного рождения странных ластиц, Гела-Мани и Нишиджима ввели в рассмот- ') Процесс р -г-е' + е не противоречил бы закону сохранения лепгонного заряда, но зато нарушал бы закон сохранения момента импульса (спина). реиие новое квантовое число 5, суммарное значение которого должно, по их предположению, сохраняться при сильных взаимодействиях,' Это квантовое число было названо с т р а н н о с т ь ю частицы. Странность сохраняется только при сильных взаимодействиях, поэтому она приписывается только сильно взаимодействуюгцим частицам — барионам и мезонам, причем для нуклонов и и-мезонов 5 = О, а для остальных частиц отлична от нуля.

Так, для К-мезонов 5 = +1, а для Л-гиперонов 5 = — 1. При этом условии процесс (99.1) идет с сохранением странности (суммарная странность как исходных, так и образовавшихся частиц равна нулю); а в ходе процесса (99.2) странность изменяется на единицу, Поэтому процесс (99:2) не может протекать с участием сильных взаимодействий.

В табл. 1! приведены значения странности всех сильно взаимодействующих частиц (за исключением резонансов). Чтобы выяснить смысл квантового числа 5, получившего название «странность», обратимоц к табл. 11, в которой приведены зарядовые мультиплеты с указанием электрического заряда частиц Я (выраженного в единицах е). Крестиками отмечены значения среднего заряда ф Так, для нуклона (т.

е. мультиплета, образованного р и и) Д = +'/м для антинуклона (~ ' — Ъ для и-мезона () О и т. д. Удвоенное значение среднего заряда называют гнип ер з а р я до м мультиплета: У=29 (99.3) (гиперзаряд был введен вместо среднего заряда для того, чтобы не иметь дела с дробными числами). Из определения следует, что гиперзаряд нуклона равен + 1, антинуклона — 1 и и-мезона — нулю. Странность 5 определяется как разность гиперзаряда У и барионного числа В: 5=У вЂ” В.

(99.4) Очевидно, что три квантовых числа ф, У и 5 по сути дела совершенно равноправны — значением одного нз ннх однозначно определяются значения двух других. Исторически странность возникла следующим образом. Первовачально, когда были открыты не все странные частицы, считалось само собой разумеющимся, что 601 средний заряд зз семейства К-мезонов таков же, как Д семейства и-мезонов (о котором было известно, что он равен нулю), и что Д каждого из семейств гиперонов таков же, как у нуклонов (т. е.

равен +Я, а у антигиперонов — таков же, как у антинуклонов (т. е. равен — '/з). Гелл-Манн и Нишиджима пришли к мысли, что странные частицы могут и не следовать такому порядку. Удвоенное (чтобы иметь дело с целыми числами) смещение «зарядового центра» (отмеченного в табл. 11 крестиками) данного зарядового мультиплета от ожидаемого положения (т.

е, от О для мезонов, +'/з для гипероиов и — '/з для антигиперонов) онн назвали странностью частиц (в табл. 11 смещения зарядовых центров изображены горизонтальными стрелками) и предположили, что странность Я сохраняется в сильных взаимодействиях и не сохраняется в слабых. Определенная таким образом о для нестранных частиц (нуклонов, антинуклонов и и-мезонов) оказывается равной нулю. Известным в то время странным частицам') ГеллМанн и Нншиджима приписали отличные от нуля значения 5, причем такие, которые с помощью закона сохрааения 5 могли объяснить особенности их рождения и распада. Это позволило установить возможное число частиц в зарядовых мультнплетах и предсказать существование и свойства новых частиц.

Так были предсказааы Хе и Ее-гипероны, а также Ке-мезон, которые впоследствии были обнаружены экспериментально. Заметизз, что электрический заряд частицы Я может быть выражен через проекцию изотопического спина Т, и гиперзаряд У (нли барнонный заряд В и странность 5): Я вЂ” Ге+ — — Ге + —. у в+в (99.5) Рекомендусм убедиться в справедливости этого соотношения, воспользовавшись данными табл. 1О и 11. 5 100. Несохранеиие четности в слабых взаимодействиях В числе величин, характеризующих элементарные частицы, есть еще одна сугубо квантовомеханическая величина, называемая чети о ст ью (Р). Мы знаем, что ') Гще раз подчеркнем, что в то время были известны далеко не все частицы, указанные в табл. 11. состояние частицы описывается в квантовой механике функцией ф(х, у, г), Рассмотрим, как может вести себя функция !р при так называемой инверсии простр а нет в а, т.

е. при переходе к координатам х', у', г', связанным с х, у, г соотношениями: х'= — х, у'= — у, г'= — г. У' Из рис. 272 видно, что такое пре! образование означает переход от правовинтовой системы координат к лево! винтовой. Такой же переход осущестРис. 272, вляется при отражении в зеркале (рис.

273). Следовательно, преобразо- вание инверсии приводит к замене правого левым. Обе системы отсчета, х, у, г и х', у', г' (или, иначе говоря, — х, — у, — г), отличаются друг от друга так, как от- личаются правая и левая перчатки. Если вывернуть на- изнанку (т. е. подвергнуть инверсии), например, пра- вую перчатку, то она совпадет с левой. Операция инверсии, произведенная дважды, очевид- но, возвращает систему координат к первоначальному виду. Пусть операция инверсии приводит к умножению функции ф на некоторое число а: ф(х', у', г') = аф(х, у, г). г' ! г Применив к получившемуся вы! раженню еще раз операцию нн- У у версии, мы придем к функции > а!р(х', у', г') = а'ф(х, у, г), х /! / ! / ! / ! / / ! ! ! ! !,г / ! / которая должна совпасть с перво! начальной функцией !р(х, у, г).

М !/ Следовательно, аз должно быть равно 1, а само а может иметь значения +1 или — 1. Таким образом, операция инверсии либо оставляет функцию $ неизменной, либо изменяет знак !р на обратный. В первом случае состояние, описываемое функцией !р, называется четным, во втором — нечетным. Поведение функции !р при инверсии зависит от внутренних свойств частиц, описываемых этой функцией. О частицах, опи- 604 сываемых четными функциями, говорят, что они обладают п о л о ж и т е л ь н о й в н у т р е н н е й ч е т н ос т ь ю (Р = +1); частицы, описываемые нечетными функциями, имеют отрицательную в пут реннюю чети ость (Р = — !). Четность системы частиц равна произведению четностей отдельных частиц, входящих в систему. Из квантовой механики вытекает закон сохраи ем и я ч е т н о с т и, согласно которому при всех превращениях, претерпеваемых системой частиц, четность состояния остается неизменной.

Система, находящаяся в четном (или нечетном) состоянии, не может перейти в нечетное (соответственно, четное) состояние. Сохранение четности означает инвариантность законов природы по отношению к замене правого левым (и наоборот) . До 1966 г, закон сохранения четности считался соблюдаюшнмся при всех взаимодействиях. В 1966 г. Ли и Янг ') высказали предположение, что при слабых взаимодействиях чвтность может не сохраняться. Для такого предположения были следующие основания. В то время были известны два мезона, получившие обозначения т и О. Оба мезона были совершенно одинаковы во всех отношец)!ях, кроме одного: т-мезон распадался на три п-мезона, а О-мезон — только на два и-мезона. Можно было, конечно, предположить, что оба мезона представляют, собой одну и ту же частицу, которая способна распадаться двумя различными способами.

Однако такое предположение вступало в противоречие с законом сохранения четности. Четность я-мезона Р = — 1, Поэтому четность системы из двух ж-мезонов равна ( — 1)т = +1,. а системы из трех п-мезонов ( — 1)' = — 1. 'Из закона сохранения четности вытекало, что т- и О-мезоны различаются внутренней четностью (у т-мезона, распадающегося на три а-менова, Р = — 1, а у О-мезона, распадающегося на два п-менова, Р = +1) и, следовательно, представляют собой две различные частицы. В настоящее время достоверно установлено, что т- и О-мезоны — одна и та же частица, обозначаемая ') Ли 11аун-дао и Янг Чжень-ин — китайские ученые, прожвваюпгие а США. В !957 г.

аа работу по несохранени!о четности им была присуждена Нобелевская премия. боэ теперь как А'-мезан и имеющая Р = — !. Таким образом, процесс Ао и++„- идет с нарушением четности. Лн и Япг предложили идею опыта для проверки иесохранения четности, который был осуществлен в Колумбийском университете (США) Ву Цзянь-суп и ее сотрудниками. Идея опыта заключалась в следующем. Если правое н левое в природе неразличимы, то при б-распаде вылет электрона в направлении спина ядра и в 1 направлении, ему притивополож- 'У- 1"т ном, будет равновероятен. Действительно, при зеркальном отражении ядра (рис.

274) напра- 1 вленне его «вращения», т. е. направление спина, изменяется Я» на противоположное. Если ядро испускает р-электрон с равной вероятностью в обоих направле- ау С~ ~Р Л~ б~ .~~ Ъ Рис. 274. ииях вдоль спина (рис. 274,а), то зеркальное отражение ядра будет неотличимо от самого ядра (онн лишь повернуты друг относительно друга на (80*), Если же р-электроиы испускаются преимущественно в одном направлении (рнс, 274, б), то «левое» и «правое» становятся различимыми. В опыте Ву ядра радиоактивного кобальта Со«« ориентировались с помощью магнитного поля спинами в одном направлении.

Для того чтобы тепловое движение не нарушало этой ориентации, радиоактивный препарат охлаждался до сверхнизких температур ( 0,1'К). Была обнаружена значительная разница в количествах р-электронов, испускаемых в обоих направлениях. Оказалось, что р-электроны испускаются преимущественно в направлении, противоположном направлению ядерных спинов. Таким образом, была доказана экспериментально неравноправность правого н левого при слабых взаимодействиях (напомним, что р-распад обусловлен слабым взаимодействием). После того как выяснилось, что пространственная четность (Р) в слабых взаимодействиях не сохраняется, 9!6 Л.

Д. Ландау выдвинул гипотезу') о том, что любые взаимодействия инвариантны относительно сложного. преобразования, заключающегося. в одновременной инверсии пространства и замене частиц античастицами. Такое преобразование Ландау назвал к о м б и и н р ов а н н о й и н в е р с и е й. Согласно этой гипотезе симметрия между правым и левым сохраняется, если при зеркальном отражении пространства частицы заменить античастицами.

Характеристики

Список файлов книги