mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Все обычные частицы (не резонансы) имеют единичный или нулевой заряд, спины всех обычных частиц (за исключением гравитона, промежуточных бозонов, т-кванта, а также ьвгиперона, спин которого еще не измерен, но, по-видимому, равен 3/2) равны либо нулю, либо 1/2; ряд общих свойств обнаруживают все странные частицы, все лептоны. Некоторыми общими свойствами обладают все барионы, все мезоны.
Существует ряд общих принципов, сближающих свойства отдельных частиц и резонансов. Это, например, принцип зарядового сопряжения, согласно которому каждой частице и резонансу соответствует античастица; принцип нзотопической инвариантности, накладывающий очень заметный отпечаток ' Свойства злементариых частиц, стабильных относительно сильного взаимодействия (т. е, нсрезонансов), приведены в таблице в конце книги (приложение 1Ч). Свойства резонансов кратко охарактеризованы в 1 112, 11б, 125 и 126. з 120.
Взаимосвязанность и взаимонрсвртнавмость зясмснтарнмх настин 311 на свойства всех частиц и резонансов, участвующих в сильных взаимодействиях. Классификация элементарных частиц по характеру взаимодействия с другими частицами также указывает на'их связь между собой, Так как гравитационные силы между частицами очень малы, то в ядерной физике рассматриваются три вида взаимодействий: сильные, электромагнитные и слабые. Все они характеризуются сохранением электрического и барионного зарядов.
Многие элементарные частицы могут взаимодействовать всеми тремя способами, некоторые — двумя (например„электрон и мюон) или даже одним (нейтрино, у-квант). Сильные взаимодействия происходят за ядерные времена (10 зо — 10 зз с), с большим сечением (примерно 1О т смз), характеризуются сохранением Р-, С-, и 6-четности, изотопического спина и его проекции, сохранением странности и других зарядов. Безразмерная константа сильного взаимодействия имеет наибольшее значение среди констант подобного рода: я„са1. Изотопическая инварнантность нарушается, если учесть электромагнитное взаимодействие, интенсивность которого определяется константойе гх=ез/Лс= 1/!37, а вероятность— периодом полураспада, равным или большим !О 'о с. Все перечисленные величины, кроме изотопического спина и б-четности, сохраняются и в электромагнитных процессах.
В электромагнитном взаимодействии кроме 7-кванта участвуют все заряженные частицы и нейтральные адрон ы, благодаря чему между ними также имеется известное сходство. Это проявляется, например, в существовании у них радиационных каналов распада и магнитных моментов (если т~О). Слабое взаимодействие характеризуется очень малой константой взаимодействия я.„ъ3.10 'з ничтожно малыми сечениями взаимодействия (порядка 1О 4 см') и очень большими периодами полураспада (обычно не менее 10 'о с)е*. Различают слабые процессы с участием лептонов, которые классифицируются с помощью лепто нных зарядов, и слабые процессы, идущие с участием странных частиц, классифицирующиеся с помощью странности.
Прн этом оказывается, что константа слабого взаимодействия одинакова не только для всех видов лептонных процессов, но в первом приближении совпадает также и с константой взаимодействия для процессов, * Для оценки интенсивности взаимодействия с помошью безразмерной константы се значение ивтжио сравнивать с единицей. ьь Значение о„т 10 ' см' относится к взаимодействиям при низких знсргиях (около 1 Мзн). С ростом ввергни сечение слабого взаямодейсгвиа растет. У твкелых лептонов время низин может быть меньше ! О с (с,т 5 .
1О " с). 312 Глава ХХй Унитарная еим.нетрия сальник взаимодействий идущих с изменением странности*. Эта особенность слабого взаимодействия в свое время дала возможность высказать очень плодотворную гипотезу о существовании универсального слабого ферми-взаимодействия и предсказать некоторые явления, обнаруженные впоследствии экспериментально (например, несохранение четности в р-распаде из несохранения четности в К-распаде). Таким образом, характер протекания слабых процессов также сближает между собой свойства самых разнообразных частиц.
Наконец (см. й 130), в настоящее время получила блестящее экспериментальное подтверждение единая теория электрослабого взаимодействия, в которой совместно рассматриваются как слабые, так и электромагнитные взаимодействия, Всеобщая взаимосвязанность и взаимопревращаемость элементарных частиц очень затрудняет решение вопроса о том, какие из известных частиц «более элементарны», а какие «состоят из них». В связи с этим приведенное в й 99 определение элементарной частицы не вполне удовлетворительно и в значительной степени имеет условный характер.
Из всеобщей взаимозависимости частиц получается, что каждая элементарная частица в какой-то мере состоит из всех остальных, т. е. все они в сущности состоят из чего-то единого, из какой-то общей первоматерии. Возможно, что физика недалекого будущего сумеет определить эту первоматерию и построить из нее все известные частицы со всеми их свойствами. О некоторых успехах, полученных в этом направлении для адронов, будет рассказано в этой и следующей главах. 9 121. Гипотеза об унитарной симметрии и систематика адронов Большинство элементарных частиц составляют адроны в*, т. е, стабильные сильновзаимодействующие частицы и резонансы.
В настоящее время насчитывается более двухсот адронов (без учета античастиц), в связи с чем уже довольно давно предпринимались попытки их классификапии. Описание таких попыток начнем с систематизации адронов с одинаковыми барионным зарядом, спином и внутренней четностью и сравнительно близкими массами. в Возможно, что зто окажется справедливым также и лля процессов, идущих с изменением очарования и прелести (см.
г 125 и 126). «" Название «адроныя происходит от греческого слова 'перо'Ь, что означает «крупный», «массивный». Под термином «стабильные частииыя поиимаготся частицы, стабильные относительно сального взаимодействия, т. е. собственно стабильные (т=со) и квазистабильиые (тд»)0 зз с). У 1г!. Гииотеза ой унитарной симметрии и систеиитина адронов 313 -1 -г/г а 1/г 1 Т г -г -с/г а С/г 1 т 4 Рис.
457 Рис. 458 8 а 1 а -2 -1 -1/г а 1/г 1 т Ф -г/г-1 -1/г а 1/г 1 г/г тг Рис. 450 Рис. 460 Прежде все~о обращает на себя внимание то обстоятельство, что адроны с одинаковыми барионным зарядом, спином и четностью группируются в определенные симметричные совокупности; имеется девять псевдоскалярных мезонных адронов, т. е. частиц, находящихся в состоянии 0 (1=О, Р= — 1), девять векторных мезонных адронов (состояние ! ), восемь барионов в состоянии 112+, десять барионных адронов в состоянии 3/2+ и др. Первые три группы (рис. 457 — -459) состоят из сходных мультиплетов, которые располагаются на плоскости То 5(У) в виде симметричных шестиугольных фигур (с несколько отличной цен~ральной областью на рис.
459). Последняя группа из 10 частиц на тех же осях располагается в виде правильного треугольника (рис. 460). Все четыре фигуры симметричны по отношению к повороту на 120' и объединяют частицы с относительно близкими значениями масс. 314 Глава ХХ1. Унитарная симметрия сильвия взаимадействий Таким образом, создается впечатление, что каждая из этих групп представляет собой большой супермультиплет частиц, получившийся в результате «расщепления» одной частицы, состояние которой характеризуется теми самыми барионным зарядом, спином и четностью, которые присущи всем членам данного супермультиплета. Эти симметричные группы частиц с одинаковыми барионным зарядом, спииом и четностью, но различными странностью, изотопическим спином и электрическим зарядом можно сравнить с изотопическими мультиплетами, объединяющими частицы с одинаковыми барионным зарядом, олином, четностью и странностью, но с различным зарядом.
Напомним, что члены изотопическнх мультиплетов имеют весьма близкие значения масс, а их число М определяется изотопическим спином Т(М=2Т+ !), т. е. может равняться ! при Т=О; 2 при Т=(/2; 3 при Т=! и т.д. Как известно, существование и свойства из отопических мультиплетов объясняются своеобразными свойствами и относительной интенсивностью сильного и электромагнитного взаимодействий.
Изотопическая инвариантность сильного взаимодействия проявляется для я-мезонов, нуклонов и ядер в форме закона сохранения изотопического спина, который позволяет получить определенные соотношения между сечениями различных процессов и правила отбора для ядерных реакций. Распространение принципа изотопической инвариантности на К-мезоны'и гипероны привело к установлению закона сохранения странности, позволившего не только систематизировать большую группу частиц, но и предсказать существование некоторых из них. Успех классификации частиц, основанный на изотопической симметрии сильного взаимодействия, с одной стороны, и отмеченное выше сходство в свойствах больших групп адронов, состоящих из нескольких изомультиплетов, с другой стороны, заставили высказать предположение о существовании более общей (чем изотопическая инвариантность) симметрии сильных взаимодействий — так называемой унитарной симметрии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
