mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Однако при распаде т~ жО~-частицы четность не сохраняется и, следовательно, при получении формул (114.7) и (114.10) нельзя опираться ца закон сохранения четности. Тогда, конечно, никакой (Π— т)-проблемы не будет, но возникает еще более серьезная проблема, заключающаяся в необходимости распространения гипотезы о нару2пении закона сохранения четности на все слабые процессы, включая 1)-распад, который характеризуется такой же константой, что и распад К-мезона. Серьезность этой новой проблемы заключалась в том, что, с одной стороны, первая теория !3-распада опиралась на закон сохранения четности, а с другой, ее выводы подтверждались многочисленными экспериментами. О том, как Ли и Янг преодолели и зту, еще более серьезную проблему, мы уже рассказывали раньше (см.
8 18, п. 8). Итак, согласно Ли и Янгу т'кяО и вообгце все К-мезоны, перечисленные в п. 2 этого параграфа, следует считать одной и той же частицей, имеющей несколько различных схем распада с разной вероятностью: 270 Гамаа ХХ. Страииыс частицы я-мезонов и р-радиоактивных ядер, в распаде которых тоже нарушается закон сохранения четности, но которые имеют определенную внутреннюю четность, Разница только в том, что четность я-мезонов и атомных ядер определяется по отношению к нуклонам, а К-мезонов — по отношению к Л- гиперонам. В этом смысле К-мезоны имеют отрицательную внутреннюю четность, что в сочетании с нулевым спином означает их принадлежность к одному и тому же с я-мезонами классу псевдоскаляров. Бариониый заряд К-мезонов, как это следует из схем распада, равен нулю (В=О).
ф 116. Гипероны Как уже упоминалось, в 1951 г, при исследовании космических лучей с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное гюле, были обнаружены )с-вилки из двух следов заряженных частиц, часть которых возникла в результате распада Оа-мезона, а часть--при распаде другой нейтральной нестабильной частицы Ка. Масса и энергия вторичных заряженных частиц, на которые распадается )'а,-частица, нли, как ее потом назвали, Л-частица, были оценены по значению импульса и ионизации, в результате чего была установлена следующая схема распада Л-частицы: Л-+р+я, Я=37 МэВ.
(115.! ) Позднее Л-частицы изучались с помощью пузырьковых камер, помещенных в магнитное поле, которое позволяет идентифицировать протоны и я -мезоны Л-распада и определять их импульсы, а также с помощью метода эмульсионной камеры, в которой нри достаточно больших ее размерах могут укладываться полные пробеги как протона, так и ямезона; следовательно, методом эмульсионной камеры также может быть проведен полный анализ Л-распада. На рис. 441 приведена схема распада Л-частицы, на которой изображены след протона р и след я -мезона, оканчивающийся трехлучевой звездой.
Ъ Измерение энергии протона и я -мезона для большого числа Л аналогичных случаев дало для — ы Д''значение 37,76 МэВ, о|куда для массы Л-частицы получается значер ние тл=(2!83,23+0,10)тв Время жизни Л-частицы было определено при анализе большо~о Ряс. 441 У 115. Гипероны числа случаев Л-распада с известными длинами пробегов до места распада (в камере Вильсона, пузырьковой камере и фотоэмульсии).
По последним данным оно равно тл=(2 631+0 020), 1Π— ~о с Приведенная выше схема распада Л-частицы осуществляется примерно для 213 всех случаев. В остальных случаях распад протекает по схеме Л-+и+по; Я=39,05 МэВ. (115.2) Этот процесс был изучен с помощью ксеноновой пузырьковой камеры, позволяющей регистрировать (еь — е )-пары, образованные 7-квантами от распада по-мезонов.
В очень редких случаях наблюдаются также лептонные схемы распада Л-частицы: Л- р+е +9,; Л- р+р +ря (115.3) (около 0,1 и 0,01% для первой и второй реакции соответственно), Метастабильные частицы тяжелее протона с временем жизни порядка 10 'о с, барионным зарядом В=1, лептонным зарядом Е = 0 и некоторыми специфическими (странными) свойствами (о которых речь пойдет несколько позже) были названы гиперонами. Л-частица является нейтральным гипероном. Кроме Л- гиперона в 1954 г, в опытах на брукхейвенском ускорителе с энергией 3 ГэВ (так называемый космотрон) и в 1958 г.
в составе космических лучей были обнаружены заряженные Х'--гипероны со следующими схемами распада: р+по Д 116 МэВ и+и+, Я=110 МэВ, (115.4) Х вЂ” и+я, Я=117 МэВ; (115.5) Масса и время жизни Х"- и Х -гиперонов соответственно равны тх. — — (2327,5+ 0,1) т„тх- =(2343,3+ 0,1) т„ тх.=(0,800+0,004) 10 'о с, тх-=(1,48+0,01) 10 'о с. Обращаем внимание читателя на то, что в отличие от я+- и я -мезонов Х+- и Х -гипероны не являются частицей и античастицей и поэтому имеют разные массы и времена жизни.
Глава ХХ. Странные частицы 272 В 1952 г. был обнаружен еще один заряженный гиперон— так называемый каскадный гиперон (Е -гиперон), который распадается по каскадной схеме Б -+Л+и; Л вЂ” ~р+и (115.6) причем на первом этапе выделяется энергия Д = 65,8 МэВ. Масса Е -гиперона елв =(2585,75+0,25)лв„время жизни т -=(1,64.~0,02) 10 'о с. Позднее теоретически предсказали (см. з 116) и экспериментально нашли два нейтральных гнперона Ео и Бо со следующими параметрами и схемами распада: лвхв=(2333,76~0,18) л7„' ттвев(7,4+0,7).10 ~~ с; л,~-+Л+у; Дв77 МэВ; (115,7) елв — — (2573,19+1,2) ж„тячев(2,90+0,10) 10 'о с; „о +Л+ио.
Д 64 1 МэВ В начале 1964 г. в водородной пузырьковой камере был зарегистрирован самый тяжелый й -гиперон с е= — 1, леев(3272,86+0,62) щ„т=(0,82~0,03). 1О 'о с. й -гиперон распадается по сложной четырехступенчатой схеме, три ступени которой характеризуются примерно одинаковыми временами распада т=10 ' с: й и +Во, Бо ио+Л, Л- р+и (! 15.8) г 7-+е'+е ,о 7- е++е [символом 7-+ е+ + е обозначена конверсия 7-кванта в (е++е )-пару). Позднее были обнаружены еп1е две схемы распада й -гиперона; +В-+ио й "+Л+К (115.9) Замечательно, что существование и основные свойства й -гиперона были предсказаны теоретически на основе так называемой ЯУ (3)-симметрии, выводы которой позволили рассчитать и поставить эксперимент для обнаружения этой частицы (см. 9122). Из схем распада гиперонов следует, что все они имеют единичный барионный заряд (В=1) и полуцелый спин.
Величина З Пб. Систематика К-лекоков и гилероиов спина Л-, Е- и Е-ги пер о нов была определена из анализа углового распределения продуктов их распада и оказалась равной 1/2. Спин й -гиперона предположительно равен. 3/2, Внутренняя четность всех гнперонов (определяемая по отношению к Л-гиперону*) равна +1 (для Е- и 0 -гиперонов это экспериментально пока не подтверждено). Для всех гиперонов обнаружены античастицы, которые называются антигиперонами (см. З 116, п. 5). $116. Систематика К-мезонов и гиперонов 1, СТРАННЫЕ СВОЙСТВА К-МЕЗОНОВ И ГИПЕРОНОВ (116.2) * Внутренняя четность самого Л-гиперона постулируется: Р„=+1. ** С этой точки зрения процесс и Н+ч, идущий токе мелленно !10 ' с), неудивителен, так как при распаде к-мезона образуются ядерно-пассивные частицы--мюон и нейтрино.
Изучение К-мезонов и гиперонов показало, что они обладак т удивительными, подчас даже противоречивыми свойствами. Так, например, все К-мезоны и гипероны имеют очень большое время жизни (10 в — 10 'о ф которое существенно превышает ядерное время (1О зз — 10 с), несмотря на то что гипероны и К-мезоны распадаются на ядерно-активные частицы (например, по схемам Л-+р+к, т+- к++к++к и др.)**. Таким образом, К-мезоны и гипероны ведут себя как ядерно-пассивные частицы. Вместе с тем К-мезоны и гипероны образуются в ядерных взаимодействиях относительно часто (с большим сечением), т. е. проявлязот свойства ядерно-активных частиц.
Например, сечение образования К-мезонов и гиперонов в (к-р)-взаимодействиях — порядка 1О з' смз, а в (Лг-Лг)- взаимодействиях — около 1е/е геометрического. Обращает на себя внимание также то, что в (Ф вЂ” Лг)- и (к — Лг)-взаимодействиях К-мезоны и гипероны образуются не поодиночке, а группами (парами, тройками), причем не любые их комбинации возможны (ассоциативное рождение). Наблюдалось, например, совместное образование Л-гиперона и Оо-мезона в реакции к-+р Л+О', (116.1) Е -гнперона и К+-мезона в реакции к +р- Е +К+, сио-гиперона и двух К+-мезонов в реакции к+ +р -+Я~+ К++К (116.3) 2'14 Глава ХХ. Странные чаетнны Л-гиперона и К+-мезона в реакции р+р Л+р+К', (116.4) но никогда не наблюдалось совместного образования двух ,'ь'+-гиперонов в реакции р+р++ ~'+~+ (1 ! 6.5) илн одиночного рождения Л-гиперона по схеме л+ре Л+р, (116.6) а также одиночного рождения К~-мезонов в реакции я +р++ К +р.
(1! 6.7) Вместе с тем при взаимодействии К -мезонов с нуклонами могут возникать одиночные гнпероны: Г2; +я+, К +р (116.8) Была установлена также резкая несимметрия свойств К+- и К -мезонов, проявляющаяся в различном характере их образования и взаимодействия. При энергиях взаимодействия 1 — 2 ГэВ К+-мезонов возникает примерно в 100 раз больше, чем К -мезонов; К мезоны возникают только в паре с К+-мезонами, тогда как К+-мезоны могут возникать и в паре с гнперонами; наконец, К+-мезоны при взаимодействии с нуклонами могут только рассеиваться н перезаряжаться, а К -мезоны — еще давать реакцию с образованием гнперонов.
Все эти свойства казались настолько необычными и непонятными, что К-мезоны и гипероны стали называть странными частицами. Однако вскоре выяснилось, что все особенности странных частиц связаны между собой и могут быть понятны нз самых общих теоретических построений. 2. ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ СТРАННЫХ ЧАСТИЦ В з!11, п. 5 были сопоставлены свойства нуклонов и лмезонов по отношению к сильному взаимодействию н подчеркнуто, что как те, так н другие удовлетворяют принципу изотопической инвариантности. Нуклоны образуют изотопический дублет частиц с Т=1/2 (Т~в'= +1(2, Т "'= — 1/2), а ямезоны — нзотриплет с Т=1 (Т'"'=+1, Т'" '=О, Т~" ~= — 1).
е 7!б. Систематика К-мазаное и гииероиое 275 В+В В+В я= Тг+ г= — —, 2 ' 2 (! 16.10) В сильных взаимодействиях между ними выполняется закон сохранения изоспина. Характер взаимодействия определяется только величиной изоспина Т и не зависит от его проекции То Проекция изоспина Тг любой из этих пяти частиц связана с ее электрическим и барионным зарядами соотношением г=Т;+В/2, (116.9а) а средний заряд изомультиплета г=В/2. (116.96) Напомним, что из уравнения (116.9а) и законов сохранения электрического и барионного зарядов следует сохранение Т» для сильного и электромагнитного взаимодействий, Описанная схема рассмотрения различных нуклон-нуклонных и пион-нуклонных взаимодействий чрезвычайно удобна и плодотворна. В настоящее время нет экспериментальных фактов, которые противоречили бы такому рассмотрению, и наоборот, целый ряд экспериментальных результатов (нуклоннуклонное рассеяние при высоких энергиях, рождение я-мезонов в нуклон-нуклонных взаимодействиях, рассеяние я-мезонов на нуклонах) находит естественное объяснение с точки зрения гипотезы о зарядовой независимости, нли изотопической инвариантности ядерных сил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
