До-мезони
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

До-мезони

до-мезони, каони, група нестабільних елементарних часток, в яку входять дві заряджені (К + , К - ) і дві нейтральні (К 0 ) частки з нульовим спином і масою приблизно в 970 разів більшою, ніж маса електрона. До.-м. беруть участь в сильних взаємодіях, тобто є адронами; вони не мають баріонного заряду і володіють відмінним від нуля значенням квантового числа дивацтва ( S ) , що характеризує їх поведінку в процесах, обумовлених сильною взаємодією: в К + і К° S=+1, а в К - і  (що є античастками К + , К°) S = —1. Спільно з гіперонами До.-м. утворюють групу так званих дивних часток (часток, для яких S ¹ 0).

загрузка...

  К + і К° однаковим чином беруть участь в сильних взаємодіях, мають приблизно однакові маси і розрізняються лише електричним зарядом. Вони можуть бути об'єднані в одну групу — так званий ізотопічний дублет (див. Ізотопічна інваріантність ) і розглядаються як різні зарядові стани однієї і тієї ж частки з ізотопічним спином I = 1 / 2 . Аналогічну групу складають  і . Із-за відмінності в дивацтві нейтральні до-м-коди. К° і  є різними частками, різним чином що беруть участь в сильних взаємодіях.

  Згідно сучасної класифікації елементарних часток, до-м-коду. (К + , К° ) разом з p-мезонамі (p + , p 0 , p - ) і h 0 -мезоном входять до однієї групи (октет) часток, що приблизно однаково беруть участь в сильних взаємодіях.

  Відкриття до-мезонів пов'язане з роботами великого числа учених в різних країнах. У 1947—51 в космічних променях було відкрито декілька часток, маси яких, виміряні з доступною у той час точністю, були приблизно однаковими, а способи розпаду — різними.

  Таблиця. 1.— Основні характеристики і способи розпаду до-мезонів

Частка

Маса m ( Мев )

Дивацтво S

Час життя t : (сік)

Способи розпаду

Вірогідність розпаду (у % )

К +

К -

494

+1

—1

1,2-10 -8

m ± + n

p ± + p 0

p ± + p + p +

p ± +p 0 +p 0

m ± +p 0 + n

e ± +p 0 + n

e ± + n

64

21

5,57

1,70

3,18

4,85

1,2-10 -5

К 0

498

+1

—1

Розпади на ~50% за схемою K 0 S і на ~50% за схемою і на K 0 L (див. таблиці. 2) .

  Таблиця. 2.— Основні способи розпаду K 0 S і K 0 L

Частка

Маса м-коду

Час життя t ( сік )

Способи розпаду

Вірогідність розпаду (у % )

K 0 S

»m K 0

0,86-10 -10

p + + p

p 0 +p 0

68,7

31,3

K 0 L

»m K 0

Різниця мас:

m K L m K s » 3-10 -6 ев

5,4-10 -8

p 0 +p 0 +p 0

p + +p +p 0

p ± +m ± + n

p ± +e ± + n

p + + p

p 0 +p 0

g+ g

21,5

12,6

26,8

38,8

0,16

0,12

5-10 -4

Це були так звані q-мезоні, що розпадаються на два пі-мезона, t-мезоні, що розпадаються на три p-мезоні, і ін. Означає. прогрес у вивченні цих часток почався з 1954, коли їх удалося отримувати за допомогою прискорювачів заряджених часток . Ретельні виміри мас і часів життя показали, що у всіх цих випадках спостерігалися різні способи розпаду одних і тих же часток, названих до-м-кодів.

  Відкриття до-м-коду. зіграло важливу роль у фізиці елементарних часток; воно допомогло встановити нову характеристику сильно взаємодіючих часток (адронів) — дивацтво і створити сучасну систематику адронів (див. Елементарні частки ) . Вивчення розпадів до-м-коду. дало перші відомості про незбереження в слабких взаємодіях просторової і зарядової парності, а також про порушення комбінованої парності (див. Парність, Зарядове сполучення, Комбінована інверсія ) .

  Сильні взаємодії до-мезонів. Наявність в до-м-коду. відмінному від нуля дивацтву S накладає (із-за збереження S в сильних взаємодіях) характерний відбиток на процеси сильних взаємодій за участю до-м-коду. Так, К + і К 0 , S, що мають = +1, народжуються при зіткненнях «недивних» часток — p-мезонів і нуклонів (протонів і нейтронів) — лише спільно з гіперонами або,, що мають негативне значення дивацтва (див., наприклад, в ст. Гіперони ) .

  Оскільки всі гіперони мають негативне дивацтво, вони легше народжуються в процесах, викликаних К і, чим в процесах, викликаних К + і К 0 . Наприклад, можлива реакція  + р ® L 0 + p + тоді як реакція К 0 + р ® L 0 + p + заборонена законом збереження дивацтва в сильних взаємодіях (тут р — протон, L 0 — гіперон). Народження гіперонів в пучках К + , К 0 менш ймовірно, т.к. оно вимагає появи спільно з гіпероном декілька додаткових К + або К 0 .

  Тому повільні К + , К 0 слабкіше взаємодіють з речовиною, чим .

  Слабкі взаємодії до-мезонів. Розпади до-м-коду. обумовлені слабкою взаємодією і відбуваються із зміною дивацтву на 1 (у слабких взаємодіях дивацтво не зберігається). Розпади можуть здійснюватися різними способами і підкоряються емпіричним правилам, що визначають зміну дивацтву, ізотопічного спину адронів і пр. (див. Відбору правила ) . В розпадах до-м-коду. не зберігається просторова і зарядова парності, що виявляється, наприклад., у можливості розпаду як на 2 p-, так і на 3 p-мезоні.

  Малюнок ілюструє процеси сильної і слабкої взаємодії до-м-коду.

  Специфічні властивості нейтральних до-мезонів. Вище наголошувалося, що К 0 - і - мезони, відрізняючись один від одного значеннями квантового числа дивацтва, беруть участь в процесах сильної взаємодії як дві різні частки. Оскільки, проте, в процесах слабкої взаємодії, зокрема в розпадах До.-м., дивацтво не зберігається, виявляються можливими взаємні перетворення K 0 Û . Наявність таких переходів між часткою і античасткою, що мають різні значення одного з квантових чисел, що характеризують елементарні частки, обумовлює специфічні, унікальні властивості нейтральних До.-м. Для будь-яких інших часток існування подібних переходов заборонене строгими законами збереження електричного або баріонного заряду (а також, мабуть, і лептонного заряду для переходів нейтрино — антинейтрино).

  У вакуумі завдяки переходам K 0 Û  станами, що мають певну енергію і час життя, будуть не К 0 і, а дві квантово-механічні суперпозиції цих станів. Ці суперпозиції відповідають часткам з різними масами і різними часом життя: довгоживучому K 0 L - і короткоживучому K 0 S -meзонам. Різниця мас K 0 S і K 0 L обумовлена слабкою взаємодією що викликає переходи K 0 Û, і вельми мала. Час життя і способи розпаду K 0 S і K 0 L вказані ст

  Таким чином, тоді як в процесах, що викликаються сильною взаємодією, виявляються стани К 0 і, що володіють певними значеннями дивацтва (що зберігається в сильній взаємодії), в процесах слабкої взаємодії (у розпадах) виявляються як частки стану K 0 L і K 0 S . Стани K 0 L і K 0 S близькі до суперпозицій станів, які називають K 0 1 і K 0 2 :

K 0 s » K 0 1 =,

K 0 L » K 0 2 =,

  тобто K 0 L і K 0 S приблизно на 50% «складаються» з К 0 і на 50% — з . Аналогічним чином можна стверджувати, що К 0 і  приблизно на 50% «складаються» з K 0 S і на 50% — з K 0 L той факт, що стани К 0 і  представляють суперпозицію двох станів K 0 L і K 0 S різними масами і часом життя, приводить до появи своєрідних осциляцій («биття»): К 0 , виникаючи в результаті сильної взаємодії, на деякій відстані від точки народження частково перетворюється за рахунок слабкої взаємодії в  і тому виявляється здатним викликати ядерні реакції, характерні для  і заборонені для К 0 , наприклад реакцію  + р ® L 0 + p + (ефект Пайса — Піччоні). Ін.(Древн) своєрідне явище — так звана регенерація короткоживучих K 0 S -meзонов при проходженні через речовину довгоживучих K 0 L -meзонов: на чималих відстанях від місця утворення пучка К 0 (або ) пучок складається практично лише з довгоживучих K 0 L , т.к. короткожівущие K 0 S розпадаються раніше. Тому на таких відстанях спостерігаються лише розпади, характерні для K 0 L (). Здавалося б, K 0 S не можуть знов з'явитися в пучку. Проте якщо пучок K 0 L пропустити через шар речовини, то із-за відмінності у взаємодіях з речовиною К 0 і, складових K 0 L , змінюється відносний склад пучка і в пучку K 0 L з'являється добавка K 0 S з характерними для K 0 S розпадами.

  Комбінації K 0 1 і К 0 2 володіють певною симетрією відносно операції комбінованої інверсії ( СР ) : при переході від часток до античасток (операція зарядового сполучення З) з одночасним просторовим віддзеркаленням (операція Р) хвилева функція, відповідна стану K 0 1 , залишається незмінною, а хвилева функція К 0 2 міняє знак. Тому стан K 0 1 може розпадатися на 2p (систему, що володіє тими ж властивостями відносно операції СР, що і K 0 1 ), а K 0 2 не може. Оскільки вірогідність розпаду на 2p значно перевищує вірогідність ін. способів (каналів) розпаду велика відмінність в часах життя долго- і короткоживучих до-м-кодів. вважалося вказівкою на існування в природі симетрії відносно операції комбінованої інверсії, а стани K 0 L і K 0 S ототожнювалися з K 0 1 і К 0 2 . Проте в 1964 було встановлено, що довгоживучий до-м-код. з вірогідністю приблизно 0,2% розпадається на 2p . Це свідчить про порушенні СР-симетрії і про відмінність станів K 0 L і K 0 S від K 0 1 і К 0 2 . Природа сил, що порушують СР-симетрію, ще не з'ясована. Що є експеримент. дані не протіворечат можливості існування в природі особливої «надслабкої» взаємодії, що порушує симетрію СР і що виявляється в розпадах нейтральних до-м-кодів.

  Літ.: М. Маркова А., Гіперони і до-мезони, М., 1958; Даліц P., Дивні частки і сильні взаємодії, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1964; Окунь Л. Би., Слабка взаємодія елементарних часток, М., 1963; Лі Ц. і By Ц., Слабкі взаємодії пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Газіоровіч С., Фізика елементарних часток, пер.(переведення) з англ.(англійський) М., 1969; Едер Р. До., Фаулер Е. До., Дивні частки, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966.

  С. С. Герштейн.

Схематичне зображення фотографії, отриманої у водневій бульбашковій камері, що ілюструє процеси сильної і слабкої взаємодій до-мезонів. У крапці 1 за рахунок сильної взаємодії відбувається реакція К - +p®W - + 0 , в якій зберігається дивацтво. Розпади часток, що утворилися, відбуваються в результаті слабкої взаємодії із зміною дивацтву на 1: К 0 ®p + +p - (у крапці 2); W - ®L 0 - (у крапці 3); L 0 ®p+p - (у крапці 4); К - ®p + +p - +p - (у крапці 5). Треки часток викривлені, оскільки камера знаходиться в магнітному полі. Пунктиром позначені треки нейтральних часток, що не залишають сліду в камері.