mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Для объяснения удивительных свойств странных частиц американский физик Гелл-Ман н японский физик Нишиджима в 1953 — 1954 гг. предложили провести дальнейшее обобщение принципа изотопической инвариантности (зарядовой независимости сильного взаимодействия), распр странив его на К- мезоны и ги пероны. Это обобщсение вполне естественно: К-мезоны и гипероны сильно взаимодействуют с нуклонами и я-мезонами, для которых зарядовая независимость справедлива. В соответствии с этим обобщением для К-мезонов и гиперонов (в процессе их рождения) предполагается выполнение закона сохранения изотопического спина, причем, так же как и в случае нуклонов и я-мезонов, частицы с данным значением полного изотопического спина представляют собой мультиплет тождественных (по ядерным свойствам) частиц с разными зарядами.
Однако в отличие от нуклонов и я-мезонов, для которых г = Т~+ В/2, а г = В/2, заряд и средний заряд мультиплета теперь определяется соотношением 276 Глава ХХ. Страаныв чаа~иааы где В=О, ~.1, +2, ... (смещенный мультиплет). Величина В одинакова для всех членов мультиплета, но может быть разной для различных мультиплетов.
Для нуклонов и я-мезонов она равна нулю. Для К-мезонов и гиперонов В отлична от нуля н определяется типом известного мультиплета. Так как величина В равна нулю для обычных частиц (нуклоны и я-мезоны) и отлична от нуля для странных частиц (К-мезоны и гипероны), ее назвали странностью. Величина У=В+В называется гнперзарядом. Для данного изотопнческого мультиплета У= 2г. 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧАСТИЦ ПО СТРАННОСТИ Проанализируем известные к тому времени (1954 г.) гипероны и К-мезоны с точки зрения введенных понятий изотопнческого спина и странности. Л-гиперон не имеет ни одного заряженного партнера, следовательно, это синглет, т.
е. 2Т+1=1, Т=О, Т1— - О. Подставляя в уравнение (116.10) Т,=О, за=О и В„=1, получаем Вл Так как распад Л-частнцы идет по схеме Л-вр+я (или Л-+я+ха), в результате чего образуются частицы с нулевой странностью, то этот процесс характеризуется изменением странности на единицу: ЛЯ=1. Описанные выше заряженные Е+ н Х -гипероны должны быть интерпретированы как два члена зарядового триплета. Действительно, средний заряд Еа-гнперонов равен нулю (дважды заряженных гнперонов не наблюдается), поэтому (Вх+Вх)/2=0, Вх — — — Вх= — 1 и гх — — Т,. Таким образом, подобно я-мезонам Е'- и Х -гипероны имеют То равные соответственно +1 и — 1, Т=1 и 2Т+1=3, т. е.
по аналогии с я-мезонным триплетом должен существовать Еа-гиперон, соответствующий третьей возможной проекции изотопического спина Т~ — — 0 и имеющий ту же странность В= — 1. Ха-гнперон был обнаружен в диффузионной водородной камере при облучении ее я -мезонамн с энергией 1,37 Гэв: -+р Е'+Е'. (116.1!) Распад Е~- и Е -гиперонов подобно распаду Л-гиперона сопровождаешься изменением странности на единицу: Ь В= 1.
Распад Е~-гнперона идет по электромагнитному каналу Е а -~ Л -1- Т (116.12а) без изменения странности (Вял=В„= — 1). Заметим, что аналогичные распады для Е ~-гнперонов запрещены законом Э Лб. Сиапеиаппгпа К-.иезапов и гипераиав 277 сохранения электрического заряда, а распады по сильному взаимодействию типа Ео +ей Ьло (116.126) — законом сохранения энергии (тх<та+т„).
Кроме Ео-гиперона Гелл-Ман предсказал существование еще одной нейтральной частицы — каскадного Бо-гиперои а Схема рассуждений Гелл-Мана очень проста и изящна: известен Б -гнперон, но не обнаружен Б'-гиперон. Значит, Тоо1, а ранен 0 или 1/2. Легко видеть, что с двухступенчатой схемой распада Б -гиперона (Б — А+я, Л р+х ) согласуется только значе ние Т=1/2. Действительно, если Т=1/2, то " - и Б -гипероны образуют изодублет с г= — 1/2 и в соответствии с формугтой (116.10) имеют странность Я= — 2, которая естественна для двухступенчатого распада Б -гнперона, каждая ступень кото рого характеризуется временем жизни тм10 "с, типичным для ЛЯ=1. Что касается значения Т=О, то из него следует, что Б -гиперон — изотопический синглет, т.
е. вообще не имеет нейтрального партнера, а сам обладает ничем не оправданным значением Я= — 3. Предсказанный Бо-гиперон был открыт в 1959 г. в реакщщ К вЂ” +, о+Ко (116. 13) Наконец, как мы уже говорили, странность последнего, самого тяжелого Й -гиперона, так же как и все остальные его свойства и само существование этой частицы, быгш предсказаны теоретически (см. э 122). (г -Гиперон — это изо топнческнй синглет (Т=О) со странностью Я=-З, которая очень естественна для частицы с трехступенчатым распадом, каждое звено которого характеризуется тее10 'о с и дую=1 Несколько сложнее обстоит дело с систематикой К-мезопов. Выше было указано„что экспериментально удалось наблюдать три типа К-мезонов: К'- и К -мезоны с различными схемами распада [приведенными для К+-мезона в формуле (114.12)) и Оо-мезон, который был обнаружен по схеме распада на два заряженных л-мезона: Оо- и'+л, Дж220 МэВ.
(116,14) На этом основании можно было предположить, что К+. К - н 0'-мезоны подобно я -'- н по-мезонам образуют изотопический трнплет с Т = 1, в котором Оо-мезон играет роль нейтральнои компоненты, Однако это неверно, так как для триплета г 0 и, следовательно, (В+Я)/2=6=0. Но для К-мезонов В=О. Поэтому и Я=О, а это противоречит странным свойствам К-мезонов. 278 Глава ХХ. Страииыв частицы Для определения нзотопического спина К-мезонов была использована реакция совместного образования Л-гиперона и О~-мезона: я +р-аЛ+О~. (116.15) В соответствии с этой реакцией Оа-мезон имеет Тг — — — 1/2, а возможными значениями Т являются 1/2 и 3/2.
Однако значение Т=З/2 должно быть отброшено, так как для Т=З/2 число проекций изоспина 2Т+1т4 н один из членов мультиплета должен иметь двойной заряд. Между тем частиц с двойным зарядом обнаружено не было, хотя их легко заметить по повышенной ионизации. Таким образом, единственным возможным значением изотопического спина для К-мезонов, согласующихся с условием их однозарядности и с реакцией (116.15), является Т=1/2. Что касается странности К-мезонов, то, как показывает уравнение !116.10), для Т=1/2 она может иметь два значения: 5=+1. В соответствии с этим должны существовать дублет частиц с о=+! н То равными +!/2 и — 1/2 (К" и К~) и зарядово-сопряженный дублет с Я= — 1 и То равными — 1/2 и +1/2 1К и Ка).
Здесь К+- и К -частицы являются зарядово-сопряженными в том же смысле, как я+ и я, т. е. у них должны быть одинаковые масса, спин, время жизни, противоположные заряды (г и Я) и зарядово-сопряженные схемы распада. Очевидно, что этим условиям удовлетворяют экспериментально наблюдавшиеся и описанные выше К+- и К -мезоны. Вторая пара зарядово-сопряженных частиц Ка и Ка относится к нейтральным частицам. Эти частицы наряду с перечисленными выше свойствами сходны еще и тем, что обе не имеют электрического заряда.
Тем не менее это разные частицы, так как они имеют различную странность и, следовательно, по-разному взаимодействуют с веществом. В связи с этим возникла трудность с идентификацией этих частиц, так как в природе была известна только одна подходящая по свойствам нейтральная частица — Оа-мезон. Более того, детальное изучение свойств Оа-мезона (см. 8 118) показало, что его нельзя идентифицировать ни как К~-частицу, ни как лги-частицу, хотя он имеет к ннм самое непосредственное отношение. Оказалось, что 9а-мезон проявляет свойства Ка-частицы только прн образовании в процессе я +р- Л +Оа, а в распаде по схеме О~-+я~+я ведет себя как смесь Ка- и К~-частиц, называемая Ква-мезоном.
Кроме К~а-мезона, имеющего малое время жизни т 1О '" с, должен существовать еще один э" э'!6. Сиетематиеа К-меэоиоа и гиаероиое нейтральный мезон, а именно Кэ~-мезон (с большим временем жизни и другой' схемой распада) который также является смесью (другого состава) Ко- и Ко-частиц. Таким образом, в свойствах нейтральных К-мезонов наблюдается своеобразная двойственность, заключающаяся в том, что они рождаются и взаимодействуют, как Ко- и Ко-частицы, а распадаются — как К' и К' Эта особенность свойств нейтральных К-мезонов позволяет включить их в схему Гелл-Мана н Нишиджимы, которая оказывается замкнутой на все странные частицы. Схема Гелл-Мана и Нишиджимы очень удобна для описэзния процессов рождения частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
