mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Кроме того, если К'ааО', то что такое К~? Чтобы попытаться понять этот странный результат, проанализируем распад Ко п +и с помощью законов сохранения. Распад К-мезонов †слаб процесс. Как было показано в й 18, в слабых взаимодействиях нарушаются закон сохранения четности (Рчь1) и инвариантность относительно зарядового сопряжения (Суа1), но существует инвариантность относительно комбинированной СР-инверсии (зарядовое сопряжение плюс зеркальное отражение, СР=1). СР-инвариантность слабого взаимодействия была доказана (с точностью 99о ) в опьггах по изучению распада медленных поляризованных нейтронов. Наличие СР-инвариантностн позволяет ввести для истинно нейтральных частиц (или систем частиц) понятие СР-четности. В пределах точности, с которой доказана СР-инвариантность, можно считать, что в слабых взаимодействиях выполняется закон сохранения комбинированной СР-четности (разумеется, СР-четность сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях, поскольку в них сохраняется С- и Р-четносгь в отдельности).
Вернемся теперь к анализу распада Ко-+и'+п'. (118.7) Произведя СР-операцию над з(з(Ко), получим" ечРз(1(Ко) з(1(Ко) Я ! з)е(Ко) (118 8) так как Ко н Ко — разные частицы (у них разная странность). Другими словами, з(е(Ко) не имеет определенной СР-четности. Произведем теперь СР-операцню над волновой функцией двух и-мезонов з)е (и+ + п ). Операция Р эквивалентна обмену пмезонов местами, а при таком обмене волновая функция приобретает множитель ( — 1)' (см.
З 6). Операция С переводит и ь в и, а п в п+, т. е. опять-таки она эквивалент яа обмену и-мезонов местами, Таким образом, СРф(п +п )=( — 1)з'з(е(и +п )=з(з(п+ — и ), (118 9) т. е. комбинированная четность системы (п '+ п )-мезонов равна СР(и++и )=+!. (118.10) Итак, правая часть процесса (118.7) характеризуется СР- в Знак минус перед ф(К~) появляется в результате Р-операции над цсевдоскалярной волновой функцией Ке-мезона (внутренняя четность всех К-мезонов отрицательна, см.
$117), у' 118. Свойства нейтралы~ых К-мезавав четностью СР=+1, а левая не имеет определенного значения СР-четности. Следовательно, процесс Ко~я++я противоречит закону сохранения комбинированной четности. Такого распада не должно быть. В результате мы приходим к удивительному выводу: в процессе (118.1) , -+ К+Ко действительно рождается Ко-мезон со странностью 5=1, но наблюдаемая при этом к"-вилка из следов н+- и и -мезонов пе может относиться к его распаду.
Спрашивается, что же распадается на к ~- и и -мезоны и куда девается родившийся Ко-мезону Как видите, здесь появляется даже не одна, а две трудности. Нагромождение трудностей, как это часто бывает в физике, способствовало разрешению задачи. Объяснение удивительных свойств нейтрального К-мезона было дано Гелл-Маном, Пайсом и Пиччнони, которые предположили, что Ко- и Ко-мезоны являются «смесью» двух других нейтральных частиц, Ко и Коз, имеющих разное время жизни, различные схемы распада и слегка отличные массы.
Построим согласно Пайсу и Пиччиони из 4к и Чей. две вспомогательные волновые функции (символ Чг опускаем) КО Ко Ка+ Ко (118.1!) 2 /2 Легко видеть, что согласно (! ! 8.8) первая пз ннх имеет СР = + 1, а вторая СР= — 1, но ни та, ни другая не имеет определенной странности. Соответственно из функций (! 18. ! 1) можно построить волновые функции Ко- и Ко-мезонов, которые имеют странность 5=+1 и Я= — 1, но не имеют определенной СР-четности: Ко Ко (! 18.12) Таким образом, каждая из частиц нейтрального (Ко — Ко)- дублета несет в себе свойства обеих нейтральных частиц К о и К оз и, наобоРот, каждаЯ из этих частиц отРажает свойства как Ко, так и Ко.
Описанная схема в снимает все отмеченные выше трудности. В некоторых книгах принято другое определение Хв, Хв, Ке и Ке: Легко убедиться и том, что оба определения приводят к одному н тому же результату. Заметим также, что мы несколько отступаем от первоначальной !лака ХХ. Странные частицы Ха ат (. зг Л' Поскольку СР„=+1, то Ко-мезон (в отличие от Ко-мезона) может распадаться по схеме Ко ь+ (! 18.13) без нарушения закона сохранения СР-четности. Как показали измррения, его время жизни равно т„.ж0,9.10 'о с. Аналогично о можно показать, что Кз может распадаться на три л-мезона, которые, так же как и он, имеют СР= — 1*. Время жизни Кзо-мезона должно быть больше времени жизни Ко-мезона (из-за меньшего фазового объема для продуктов распада~. Так как Ко-мезон «на 50% состоит из» короткоживущего К,, а на 50% — из долгоживущего Коз, то естественно, что при рассмотрении процесса л +Р- Л'+Ко распад на два л-мезона наблюдается только в половине случаев.
Вторая половина случаев соответствует распаду Коз-частицы, который протекает по другой схеме и характеризуется большим временем жизни. Впоследствии с помощью камеры Вильсона, расположенной далеко от места рождения Ко-мезона, было показано, что время жизни К',-мезона равно 5,2.10 ' с и он имеет несколько трехчастичны» схем распада, сходных с аналогичными схемами распада К+-мезонов (рнс. 448). Заметим, что проведенные рассуждения о распадах Кои Ко-мезонов справедливы с точностью до справедливости закона сохранения СР-четности (см. О 118, п. 4).
не вполне точной схемы рассуждений Галл-Мана н Пайса, в которой онн опирались на ннварнантность относительно зарядового сопряженна (закон сохранения комбинированной четносгн в то время егце не был нзвестен). Точнее говоря, Хе кроме распада на 2к может также распадаться на к'я пс с 1=Е=1, 3, 5 (где ! . -относнтельный момент (а+к )-пары, а ! — орбитальный момент ае-мезона относительно центра инерции зтой пары]. Для Кез возмо1кны распады на к'я яе с Е 1=О, 2, 4... н на трн ке-мезона. Центробежный барьер делает распады с ! !.зеО маловероятными. В !18.
Свойства нейтравъних К-мезонов 2, РЕГЕНЕРАЦИЯ НЕЙТРАЛЬНЫХ К-МЕЗОНОВ Своеобразные свойства Ко- и Ко-мезонов позволили Пайсу и Пиччиони теоретически предсказать чрезвычайно интересное явление, касающееся взаимодействия К -мезонов 'с ядрами. Представим себе вакуумированную камеру с тонкой перегородкой П, которую можно устанавливать на различных расстояниях (П, и П2) от передней стенки камер (рис. 449).
При облучении камеры я -мезонами в ее стенке будут возникать Ко-мезоны: я +р-+Л+К и не будут возникать К'-мезоны, если энергия я -мезонов меньше порога реакции: я +р-+и+К +Ко. Возникшие Ко-мезоны будут двигаться в вакууме как смесь частиц Ко и Ко2, которые распадаются с периодами т, и ть Очевидно, что состав этой смеси в начальный момент !<т, <тз остается неизменным, так что она будет вести себя как К'-мезон. Другими словами, если на пути пучка в непосредственной близости от передней стенки камеры поставить тонкую перегородку П„ то на ней будут происходить процессы, типичные только для Ко-мезонов (упругое рассеяние и рассеяние с перезарядкой). Предположим теперь, что перегородка отодвинута от места образования Ко-мезонов настолько далеко (Пз), что вся К,-компонента смеси по пути к ней успевает распасться н й перегородке подходит только долгоживущая Кз~-компонента пучка.
Но согласно предыдущему пучок К3~-частиц является 50%-ной смесью Ко- и Ко-мезонов, т, е. в составе пучка появятся Ко-мезоны, которые не могли возникнуть в первичном процессе. Ко- и Ко-мезоны будут взаимодействовать с перегородкой. При этом К'-мезоны будут рассеиваться, а Ко-мезоны — поглощаться с образованием гиперонов, например в реакции Ко+р А+я е П18.14) В результате взаимодействия пучок снова будет обогащаться Ко-мезонами.
В предельном случае полного поглощения (толстая перегородка П, ) опять останутся только Ко-мезоны, которые представляют собой 50%-ную смесь К~ и Ко~-частиц. Таким образом, после прохождения пучка К 2-частиц через перегородку в нем снова возникают Ко-частицы, которые должны обнаружить себя по быстрым 110 'о с) распадам на два я-мезона (регенерация К' и Ко!-мезонов). Г.киви ХХ. Сихииииис чипиици 7,Р Рис. 449 Рис. 45С Волновая функция нейтральных К-мезонов К(7) с течением времени будет преобразовываться следующим образом: 'н>,(Ки) , после взаимо~ действия Если перегородку заменить непрерывно распределенным веществом, то вероятности образования Кс и Кс-мезонов (которые пропорциональны квадрату модуля соответствующих волновых функций) будут изменяться в соответствии с рис. 450.
Таким образом, при движении Ки-мезонов в веществе их первоначальное количество через 7 лс т ( К 41) должно уменьшиться в 4 ~аза. Одновр менно должно наблюдаться ивозрождение» К „интенсивность которых через гэв т(К~) будет равна интенсивности Кс (предполагается, что 7 ~т(К~)]. Впоследствии все описанные выше свойства Кс-, К -, Кс,- и Ксх-мезонов были подтвеРждены экспеРиментально с погРешностью менее 0,5%.
Таким образом, закон сохранения комбинированной четности в процессах распада нейтральных К-мезонов можно считать проверенным с точностью, превышающей 99,5%. 3. РАЗНОСТЬ МАСС НЕЙТРАЛЬНЫХ К-МЕЗОНОВ Теоретическое предсказание и экспериментальное подтверждение весьма своеобразных процессов рождения, распада, захвата и регенерации нейтральных К-мезонов является одним из самых замечательных успехов квантовой механики и физики элементарных частиц, Но это еще не все! Оказывается, на рис. 450 изображена всего лишь грубая картина явления регенерации. На самом деле она имеет своеобразную тонкую У 118.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
