mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 64
Текст из файла (страница 64)
В начале 1964 г. й -гиперон был открыт в Брукхейвене с' помощью двухметровой водородной пузырьковой камеры, облученной К -мезонами с импульсом 5 ГэВ~с. у ! т2. БЬ'(Зргтси,ветрил 319 Схема образования и распада й -гиперона — на рис. 461. й гиперон рождается в реакции К вЂ” +, й-+К +Ко еч и распадается по схеме е' у- е +е, п 1У й — Г о 1( („-„о Г 7- е'+е 1(л е- ~-Ло — г р+к .
(122.2) к' 1( ,11 У В другам зарегистрированном случае был зафиксирован распад 1 (ет й -гинерона на Л-гиперон и К- мезон. Правильность написанных реакций рождения и распада была г ПОДтВЕРжДЕНа СаанаДЕНИЕМ МаСС Р„с 441 Е~-, Л -, Ко- и я~-частиц, вычисленных из схемы события, с их табличными значениями. Из реакций (122.1) и (122.2) видно, чта свойства й -гиперона полностью соответствуют предсказаниям 51/ (3)-симметрии; значение массы й -гиперона, найденное из кинематического анализа схемы его рождения и распада, оказалась равным та"'" — -(1675+3) МэВ, что также с точностью до погрешности измерения согласуется с предсказанным значением та'аяк 1676 МэВ. Наконец, оценка времени жизни й -гиперона, сделанная по величине его пробега до распада, дала та-- як0,7 10 'о с.
Таким образом, гипотеза об унитарной симметрии сильных взаимодействии получила очень существенное экспериментальное подтверждение*. В настоящее время уже зарегистрировано очень много случаев рождения и распада й -гиперона, а также обнаружен Й"-гиперан (см. 9 116, и. 5). Среднее значение массы й -гиперона Мгз (1672,4+0,3) МэВ, среднее время его жизни (0,82+0,03) 1О ''о с. Существует группа других предсказаний, которые вытекают из октетной симметрии. Согласно одному из них должна существовать следующая связь между массами частиц, составляющих барионный октет: т„+тя =(тк«+Зта)/2.
(122.3) ч В 1969 г. Геля-Ману была присужлена Нобелевская премия по физике за классификацию злсментарных частиц. 320 Глана л'л'/. Унилмрлая симметрия сильных взаимодействий Это соотношение подтверждается экспериментально с точностью лучшей, чем 99е4. Для электромагнитных расщеплений масс барионов по Я/(3)-теории получается соотношение пгя — лз„+гпн- — лзно+ изх- - изх- = О.
(122.4) Оно также выполняется в пределах погрешности, с которой известны экспериментальные значения масс. Однако некоторые предсказания Я/(3)-симметрии выполняются значительно хуже. Например, ЯТ(3)-симметрия предсказывала следующие соотношения между магнитными моментами барионов: ря=Иж' )зх =Нн = — (рг+Ря)! )зл=рн =2)зх--2)зх'(1225) В настоящее время магнитные моменты барионов известны, и они не согласуются с этими предсказаниями. $123. Краткое заключение к гл. ХХ! Гл. ХХ! посвящена описанию унитарной симметрии сильных взаимодействий. С открытием нестабильных частиц-резоиансов количество известных адронов стало быстро возрастать и в настоящее время достигло нескольких сотен. Классификация нх по изотопическому спину оказалась недостаточной, так как количество изомультвплетов также перевалило эа сотню.
Поэтому уже в 60-е голы было предпринязо несколько попыток классифицировать ацроны на основе более общей, чем изотопическая ннвариантность, симметрии, названной унитарной, Гипотеза унитарной симметрии опирается на существование в природе так называемых унитарных мультиплетов, в состав кюкдого из которых входит несколько изотопических мультиплетов частиц с одинаковыми барионнымн зарядами, спинами н четностью и более или менее близкими значениями масс. Прн этом изотопическяе мультиплеты, входящие в состав унитарного мультиплета, отличаются изоспином и странностью.
Так, существует барнонный октет 1/2', состоящий из восьми барионов со спинам 1/2 и положительной четностью, которые представлены в октете в виде четырех изотопическнх мультиплетов: дублета (Гя= !/2) нуклонов с 5=0, триплета Е-гнпероиа (Те= 1) с б= — 1, Ае-синглета (Т„.=О) с Б — 1 и дубле~а " гиперона (Та=1/2) с Я -2. Если бы унитарная симметрия была точной (ненарушенной), то все унитарные мультиплеты были бы полностью вырождены, т.
е. все частицы, входящие в данный унитарный мультиплет, были бы идентичны. Однако в природе унитарная симметрия нарушается, что приводит к расгцеплению унитарного мультиплата на несколько изотопическнх мультиплстов с разной странностью, а последних — на отдельные адроны с разными электрическими зарядами. )24. Трвхквирковая модель 321 В свое время было рассмотрено несколько конкретных вариантов схем унитарной симметрии, из которых наибольший успех был достигнут в Я/ (3)- симметрии, основанной на теории групп.
Было замечено, что оба расщепления унитарных ыультиплетов (по странности н по электрическому заряду) симметричны, что указывает на' специфическую симметрию нарушения унитарной симметрии в природе. Описание этого нарушения на языке теории специальных унитарных и унпмолулярных ЯэУ(а)-групп приводит прн и = 3 к октетной симметрии, представителем которой является упомянутый выше барнонный октет 1)2'. Наглядно 571 (3)-снмметрия проянляется в виде геометрической симметрии схем унитарных мультиплетов, построенных в осях Т, (проекция нзоспина) и б (странность). На этих схемах адропы, входящие в унитарный мультнплет, располагаются по углам и а центре шестиугольника нлн образуют симметричную картину внутри треугольника.
По месту расположения частицы я схеме монне определить ес кваптояые числа. Я) (3)-симметрия позволила классифицировать как мезонпые, так и барионные адроны н предсказать существование нескольких новых частиц. Ее триумфом было прелсказанне всех квантовых чисел П -гиперона, который вскоре был открыт. Глава ХХВ КВАРКИ И ГЛЮОНЫ.
КВАНТОВАЯ ХРОМОДИНАМИКА $124. Трехкварковая модель 1. ЦВЕТ И АРОМАТ В й 122 было .отмечено, что простейшее представление 5(У (3)-группы — - триплет. Из теории 5У (3)-симметрни следует, что другими представлениями этой группы являются октетное и декуплетное. Как известно, октетные и декуплетное представления были идентифицированы в природе в виде унитарных мезонных и барионных октетов и унитарного барионного декуплета. Что касается унитарного триплета, то его в природе не обнаружили. Между тем в теории Яг'(3)-симметрии показано, что все представления оУ (3)-группы должны быть связаны друг с другом.
Грубо говоря, мезонные унитарные мультиплеты можно получить, комбинируя триплет с «антитриплетом»: Зх3=9=1+8, (124.1) 322 Глава ХХКк Кварки и глгоони. Кваннииал «ромодинаиика а барионные унитарные мультиплеты — в результате комбинирования трех триплетов: 3 х 3 х 3=27=1+8+8+10. (! 24.2) Одно время предпринимались попыгки идентифицировать в качестве унитарного триплета три бариона с одинаковыми спинами и четностью и близкими массами: протон,,нейтрон и Л-типе рон (схема Сака та). Комбинируя их с соответствуютцими античастицами по схеме (124.1), удается построить мезонные октеты, однако построить унитарные мультиплеты по схеме (124.2) нельзя. Это очевидно хотя бы из того, что барионное число В любой частицы, составленной из .тройки «основных» частиц (р, и, Л), будет равно не 1, а 3, т.
е. для получения В=1 к этой тройке частиц надо добавить етце две античастицы с В= — !. Но в этом случае получаются неправильные наборы унитарных мультиплетов. Выход из затруднения был найден в 1964 г. Гелл-Маном и независимо Цвейгом, которые предположили, что унитарным три плетом являются новые частицы со столь необычными свойствами, что их не могли обнаружить в природе.
Согласно Гелл-Ману и Цвейгу все сильновзаимодействуюшие частицы и резонансы (т. е. все адроны) могут быть построены из фундаментальных частиц трех типов («ароматов»*) с дробными значениями В и т и спином 1/2. Эти частицы Гелл-Ман назвал кварками, а Цвейг- — тузами. В табл. 44 приведены значения я, В, г, Я, гиперзаряда у= В+ Я, изоспииа Т и его проекции Т, для трех кварков: д „д„, дл.
Из таблицы видно, что два кварка (гул и д5 имеют странность Я = О, т. е. являются своеобразными ацалогами нуклонов, а третий (д„) имеет странность Я= — 1, являясь, таким образом, аналогом Л-гиперона. В литературе для кварков часто используются и другие обозначения: у =и(пр), Таблица 44 в От английского слова Пачоиг. 323 3' 124. Трелквирковия модель Таблица 45 Лродоляеенне табл. 45 е)„=И(е)отчп), да=в(а1гапде). Мы также бУдем ими пользоватьсЯ. Кварки с перечисленными параметрами удовлетворяют формуле т = Тв+ ~В+ В)(2 = Т + 1'/2, (124,3) аналогичной формуле (11б.!0). Обобщение формулы (124.3) см.
в ~ 125. Легко видеть, что при таких значениях В, г и У (или В) из кварков можно сконструировать любой адрон, причем любой барионный адрон получается из трех кварков (без привлечения антикварков), благодаря чему возникает правильный набор унитарных мультиплетов. В табл. 45 схематически показаны принципы построения барионных адронов из кварков. Из т абл. 45 видно, что некоторые адроны. (например, р и А') имеют одинаковый «кварковый состав». В этом случае соответствующие комбинации отличаются характером композиции, который определяется квантовыми числами адронов (р и Л отличаются значениями спина и изоспнна). Аналогично строят из кварков и мезонные адроны.
Например, очевидно, что ц" -мезон может быть составлен из д и д„, взятых с ! = 0 и противоположно направленными е ь спинами, Х -мезон — из д и дя и т. д. (табл. 4б). 324 Глава ХХП. Кварки и гятонм. Квантовая «ромодинамика Таблица 46 Что касается цо-мезона и ~),вв- и в)ввв-резонансов, то они получаются как линейно независимые ортог опальные комбинации из нейтральных состояний ий, вЫ и ю.
Первая комбинация имеет изотопический спин Т=1 и соответствует ий+ аа' — 2«у яо-мезону. Вторая комбинация ' представляет собой ггб изотопический синглет и имеет такую же амплитуду, как пи К-мезоны, т. е. соответствующая ей частица должна принадлежать к тому же унитарному мультиплету и, в частности, должна иметь массу, близкую к массе к- и К-мезонов. Эта комбинация идентифицируется как п,во-резонанс. Наконец, ий+ И+ау третья комбинация, полностью симметричная от- 3 нссительно и, И и в, является представителем другого унитарного мультиплета, а именно унитарного синглета.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
