Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы (934757), страница 80
Текст из файла (страница 80)
рение новое квантовое число 8, суммарное значение которого должно, по их предположению, сохраняться при сильных взаимодействиях. Это квантовое число было названо с т р а н н о с т ь ю частицы, Странность сохраняется только при сильных взаимодействиях, поэтому она приписывается только сильно взаимодействующим частицам — барионам и мезонам, причем для нуклонов н и-мезонов 8 = О, а для остальных частиц отлична от нуля.
Так, для К-мезонов Я = + 1, а для Л-гиперонов Б = — 1. При этом условии процесс (99.1) идет с сохранением странности (суммарная странность как исходных, так и образовавшихся частиц равна нулю), а в ходе процесса (99.2) странность изменяется на единицу. Поэтому процесс (99;2) не может протекать с участием сильных взаимодействий. В табл. ! 1 приведены значения странности всех сильно взаимодействующих частиц (за исключением резонансов). Чтобы выяснить смысл квантового числа Я, получившего название «странность», обратимся к табл. 11, в которой приведены зарядовые мультиплеты с указанием электрического заряда частиц Я (выраженного в единицах е). Крестиками отмечены значения среднего за ряда (). Так, для нуклона (т. е.
мультиплета, образованного р и п) ~ = +'/з, для антинуклона ~ ' — Ч», для и-мезона г! 0 и т. д. Удвоенное значение среднего заряда называют гиперза р ядом мультиплета: У =29 (99.3) (гиперзаряд был введен вместо среднего заряда для того, чтобы не иметь дела с дробными числами). Из определения следует, что гиперзаряд нуклона равен +1, автинуклоиа — 1 и и-мезона — нулю. Странность,З определяется как разность гиперзаряда У и бариаиного числа В: В=У вЂ” В. (99.4) Очевидно, что три квантовых числа ф-У и 5 по сути дела совершенно равноправны — значением одного из иих однозначно определяются значения двух других. Исторически странность возникла следующим образом. Первоначально, когда были открыты не все странные частицы, считалось само собой разумеющимся, что 501 средний заряд (;1 семейства К-мезонов таков же, как Д семейства и-мезонов (о котором было известно, что он равен нулю), и что (/ каждого из семейств гиперонов таков же, как у нуклонов (т е.
равен +'/з), а у антигиперонов — таков же, как у антинуклонов (т. е. равен — '/з). Гелл-Манн и Нишиджима пришли к мысли, что странные частицы могут и не следовать такому порядку. Удвоенное (чтобы иметь дело с целыми числами) смещение «зарядового центрав (отмеченного в табл. !1 крестиками) данного зарядового мультиплета от ожидаемого положения (т. е. от О для мезонов, +'/з для гиперонов и †'/з для антигиперонов) они назвали странностью частиц (в табл. 11 смещения зарядовых центров изображены горизонтальными стрелками) н предположили, что странность Я сохраняется в сильных взаимодействиях и не сохраняется в слабых.
Определенная таким образом 5 для нестранных частиц (нуклонов, антинуклонов и и-мезонов) оказывается равной нулю. Известным в тб время странным частицам ') ГеллМанн и Нишиджима приписали отличные от нуля значения 5, причем такие, которые с помощью закона сохранения Я могли объяснить особенности их рождения и распада. Это позволило установить возможное число частиц в зарядовых мультиплетах и предсказать сушествование и свойства новых частиц. Так были предсказаны Хо и Во-гипероны, а также Хо-мезон, которые впоследствии были обнаружены экспериментально.
Заметим, что электрический заряд частицы Я может быть выражен через проекцию изотопического спина Т, н гиперзаряд У (или барионный заряд В и странность Я): (99.б) Рекомендуем убедиться в справедливости этого соотношения, воспользовавшись данными табл. 10 и 11. $100. Несохраиение четности в слабых взаимодействиях В числе величин, характеризующих элементарные частицы, есть еще одна сугубо квантовомеханическая величина, называемая четностью (Р). Мы знаем, что ') Еше раз подчеркнем, что в то время были известим Хааека ве все частицы, указаииые в табл.
11, состояние частицы описывается в квантовой механике уикцией ф(х,у,г). Рассмотрим, как может вести себя ункция ф при так называемой инверсии простр а нств а, т. е. при переходе к коорг динатам х', у', г', связанным с х, у, г соотношениями: ~х' х — х, у'= — у, г = — г. Ф Р у' ! У Из рис.
272 видно, что такое прех образование означает переход от правовинтовой системы координат к лево- 1 винтовой. Такой же переход осущестрис. гтг, вляется при отражении в зеркале (рис. 273). Следовательно, преобразо- вание инверсии приводит к замене правого левым.
Обе системы отсчета, х, у, г и к', у', г' (или, иначе говоря, — х, — у, — г), отличаются друг от друга так, как от- личаются правая и левая перчатки. Если вывернуть на- изнанку (т. е. подвергнуть инверсии), например, пра- вую перчатку, то она совпадет с левой. Операция инверсии, произведенная дважды, очевид- но, возвращает систему координат к первоначальному виду. Пусть операция инверсии приводит к умножению функции тр на некоторое число а: ф(х', у', г') = аф(х, у, г). г' 1 Применив к получившемуся вы- 1 ражению еще раз операцию ин- У 1 у версии.
мы придем к функции а» аф(х', у', г') а'!р(х, у, г), Ф г! l ! l ! г l / ! ! 1 1 1 1Х 1 1» которая должна совпасть с первоначальной функцией !р(х, у, г). Следовательно, аз должно быть равно 1„а само а может иметь значения +1 или — 1. Таким образом, операция инверсии либо оставляет функцию ч! неизменной, либо изменяет знак ф на обратйый. В первом случае состояние, описываемое функцией ф называется четным, во втором — нечетным. Поведение функции !р при инверсии зависит от внутренних свойств частиц, описываемых этой функцией. О частицах, опи- 604 сываемых четными функциями, говорят, что они обладают п о л о ж и тел ь но й в н у т р е н н е й ч е т н ос т ь ю (Р = +1); частицы, описываемые нечетными функциями, имеют о т р и ц а т ел ь н у ю в н у т р е н н ю ю че.тность (Р= — 1).
Четность системы частиц равна произведению четностей отдельных частиц, входящих в систему. Из квантовой механики вытекает закон сохранен и я ч е т н о с т и, согласно которому при всех превращениях, претерпеваемых системой частиц, четность состояния остается неизменной. Система, находящаяся в четном (или нечетном) состоянии, не может перейти в нечетное (соответственно, четное) состояние. Сохранение четности означает инвариантность законов природы по отношению к замене правого левым (и наобо от).
о 1956 г. закон сохранения четности считался соблюдающимся при всех взаимодействиях. В 1956 г. Ли и Янг ') высказали предположение, что при слабых взаимодействиях чбтность может ие сохраняться. Для такого предположения были следующие основания. В то время были известны два мезона, получившие обозначения т и О.
Оба менова были совершенно одинаковы во всех отношециях, кроме одного: т-мезон распадался на три п-мезона, а 0-мезон — только на два п-мезона. Можно было, конечно, предположить, что оба мезона представляют, собой одну и ту же частицу, которая способна распадаться двумя различными способами. Однако такое предположение вступало в противоречие с законом сохранения четности.
Четность и-мезона Р— 1, Поэтому четиость системы из двух и-мезонов равна ( — 1)в = + 1, а системы из трех п-мезонов ( — 1)' = — 1. ' Из закона сохранения четности вытекало, что т- и 0-мезоны различаются внутренней четностью (у т-мезона, распадающегося на три п-менова, Р = — 1, а у 0-мезона, распадающегося на два п-мезона, Р = +1) и, следовательно, представляют собой две различные частицы, В настоящее время достоверно установлено, что т- и 0-мезоны — одна и та же частица, обозначаемая ') Ли Науа-као и Яиг Чжень-ии — китайские ученые, проживаюпьие в США. В Ш57 г.
аа работу по несокранению четности нм была присуждена Нобелевская премия. бпа теперь как К-мезон н имеющая Р = — !. Таким образом, процесс 7(о ++и- идет с нарушением четности. Ли н Яиг предложили идею опыта для проверки не- сохранения четности, который был осуществлен в Колумбийском университете (США) Ву Цзянь-сун и ее сотрудниками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
