Гіперони (від греч.(грецький) hypér — понад, вище), важкі нестабільні елементарні частки з масою, більшої маси нуклона (протона і нейтрона), що володіють баріонним зарядом і великим часом життя в порівнянні з «ядерним часом» (~ 10 -23 сік ). Відомо декілька типів Г.: лямбда (L 0 ), сигма (S — , S 0 , S + ), кси (X — , X 0 ), омега (W — ) [значки — , 0 , + справа зверху в символу часток означають відповідно негативно заряджену, нейтральну і позитивно заряджену частки]. Все Р. мають спин 1 / 2 , окрім W — , спин якого, згідно з теоретичними виставами повинен, бути рівний 3 / 2 (тобто Р. є ферміонами ). Р. беруть участь в сильних взаємодіях, тобто належать до класу адронів. Час життя Р. порядку 10 -10 сік (за винятком S 0 , який, мабуть, має час життя порядку 10 -20 сік ); за це час вони розпадаються на нуклони і легкі частки (p-мезоні, електрони, нейтрино).
Р. (L 0 ) були відкриті в космічних променях англійськими фізиками Рочестером і Батлером в 1947, проте переконливі докази існування Р. були отримані до 1951. Детальне і систематичне вивчення Р. стало можливим після того, як їх почали отримувати на прискорювачах заряджених часток високої енергії при зіткненнях швидких нуклонів, p-мезонів і до-мезонів з нуклонами атомних ядер.
Відкриття Р. істотно розширило фізичні уявлення про елементарні частки, оскільки були вперше відкриті частки з масою, більшою нуклонною, і встановлена нова найважливіша характеристика елементарних часток — дивацтво . Введення дивацтва знадобилося для пояснення ряду парадоксальних (з точки зору існуючих вистав) властивостей Г. Інтенсивноє народження Р. при зіткненні адронів високої енергії з безсумнівністю свідчило про те, що вони володіють сильною взаємодією. З іншого боку, якби розпад Р. викликався сильною взаємодією, їх час життя повинен був би складати по порядку величини 10 -23 сік що в 10 13 раз (на 13 порядків) менше встановленого на досвіді. Час життя Р. можна пояснити, якщо вважати, що їх розпад відбувається за рахунок слабкої взаємодії, відносна інтенсивність якого в цій області енергій якраз на 12—14 порядків менше сильного (а отже, час розпаду в стільки ж раз більше). Парадоксом здавалося те, що частки, що володіють сильним взаємодією, не можуть розпадатися за допомогою цієї взаємодії.
Важливе значення для дозволу цього парадоксу мав той факт, що при зіткненні p-мезонів і нуклонів з нуклонами Р. завжди народжуються спільно з до-мезонами ( мал. 1 ), в поведінці яких виявляються ті ж дивацтва, що і в Г. Особенності поведінка Р. і до-мезонів була пояснена в 1955 Гелл-Маном і Нішиджімой існуванням особливої характеристики адронів — дивацтву (S), яке зберігається в процесах сильної і електромагнітної взаємодій. Якщо приписати К + - і К 0 -мезонам дивацтво S = +1, а L-г. і S-г. — рівне по величині і протилежне по знаку значення дивацтва, S = — 1, і рахувати дивацтво p-мезонів і нуклонів рівної нулю, те збереження сумарної дивацтва часток в сильних взаємодіях пояснює і спільне народження L- і S-г. з до-мезонами, і неможливість розпаду часток з нерівною нулю дивацтвом (такі частки отримали назву дивних часток) за допомогою сильних взаємодій на частки з нульовим дивацтвом. При цьому X = Р., які народжуються спільно з двома до-мезонами, слід приписати S = —2, а W — -Г. — дивацтво S = — 3. Розпади Р. вказують на те, що процеси, обумовлені слабкими взаємодіями, протікають із зміною дивацтву. Мал. 2 ілюструє процеси сильної і слабкої взаємодії Р.
Згідно сучасної теорії елементарних часток, кожному Р. повинна відповідати античастка, що відрізняється від свого Р. знаком електричного і баріонного зарядів і дивацтва. Всі антигіперони спостерігалися на досвіді; останнім був відкритий (1971) антиомега-г., або W + ( мал. 3 ).
Сильна взаємодія Г . Окрім збереження дивацтва, сильні взаємодії Р. володіють певною симетрією, називається ізотопічною інваріантністю . Ця симетрія була встановлена раніше для нуклонів і p-мезонів і виявляється в тому, що частки групуються в деякі сімейства — ізотонічні мультіплети [(р, n) і (p — , p 0 , p + ), де р означає протон, а n — нейтрон]. Частки, що входять в певний ізотопічний мультиплет, однаково беруть участь в сильній взаємодії, мають майже рівні маси і відрізняються лише електромагнітними характеристиками (електричними зарядами, магнітними моментами). Число часток в ізотопічному мультиплеті характеризується спеціальним квантовим числом — ізотопічним спином I і рівне 2 I + 1. Р. утворюють 4 ізотопічних мультиплета (див. таблиці.).
Таблиця гіперонів
l-гіперон (синглет)
s-гіперон (триплет)
x-гіперон (дуплет)
W-гіперон (синглет)
Склад ізотопічного мультиплета
L °
S +
S 0
S -
X 0
X -
W -
Маса, Мев
1115,6
1189,4
1192,5
1197,3
1314,7
1321,3
1672,4
Ізотонічний спин I
0
1
1/2
0
Дивацтво S
-1
-1
-2
-3
Час життя, сік
2,52·10 -10
0,80·10 -10
По теоретичних оцінках 10 -20
1,49·10 -10
3,03·10 -10
1,66·10 -10
1,3·10 -10
Основні схеми распада*
L®°{
r+p -
S + ®{
r+p 0
S 0 ®L 0 +g
S 0 ® n+p -
X 0 ®L 0 +p 0
X 0 ®L 0 +p -
W - ®{
X 0 +p -
X - +p 0
n+p 0
n+p +
L 0 +K -
* У таблиці не вказані розпади гіперонів з випусканням лептонів; вони складають по порядку величини долі відсотка від основних способів розпаду.
Припущення про існування ізотопічних мультіплетов Р. дозволило Гелл-Ману і Нішиджіме передбачити існування S 0 і X 0 до їх експериментального відкриття.
Р. L, S, X по ряду своїх властивостей аналогічні нуклонам. Ця аналогія послужила вихідним пунктом у пошуках симетрії сильних взаємодій, ширшої, ніж ізотопічна інваріантність. Найбільший успіх при цьому мала т.з. унітарна симетрія (Su 3 -симметрія), на основі якої була створена систематика адронів. За допомогою цієї симетрії удалося, наприклад, передбачити існування і властивості W — -Г. (див. Елементарні частки ).
Розпади Г . Основні способи розпаду Р. вказані в таблиці. Розпади Р. підкоряються наступним закономірностям: 1) DS = 1 — дивацтво змінюється по абсолютній величині на одиницю: виняток становить розпад S 0 на L 0 і фотон, S 0 ® L 0 + g , що протікає за рахунок електромагнітної взаємодії (звідси і час життя S 0 має бути ~ 10 -20 сік , а не 10 -10 сік ) і тому не супроводиться зміною дивацтву. Цей закон забороняє прямий розпад Õ-Г. на нуклон і p-мезоні т.к. при такому розпаді дивацтво змінилося б на дві одиниці. Розпад Õ-Г. відбувається в два етапи: X ® L 0 + p; L 0 ® N + p (де N означає нуклон). Тому Õ-Г. називають каскадним. Каскадні розпади зазнають також W — -Г.
2)DQ = DS — в розпадах з випусканням лептонів зміна заряду Q адронів дорівнює зміні дивацтва S . Цей закон забороняє, наприклад, розпад S + ® n + m + + n (m + — позитивний мюон, n — нейтрино).
3) D I = 1 / 2 — ізотопічний спин міняється на 1 / 2 . Це правило дозволяє пояснити співвідношення між вірогідністю різних спостережуваних способів розпаду Р.
При взаємодії швидких часток з ядрами можуть виникати гіпер-ядра, в яких один або декілька нуклонів в результаті сильної взаємодії перетворилися на Р.
Літ.: Гелл-манн М., Розенбаум П. Е., Елементарні частки, в кн.: Елементарні частки, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1963 (Над чим думають фізики, ст 2); Едер Р. До., Фаулер Е. До., Дивні частки, пер.(переведення) з англ.(англійський), М. 1966; Фріш Д., Торндайк А., Елементарні частки, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966.
