Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
Нестрогие законы сохранения квантовых чисел элементарных частиц имеют место в одних типах взаимодействий н нарушаются в других. К таким квантовым числам относят: изотопический спин, гиперзаряд, пространственную и зарядовую четности, G-четность и ряд других.
Изотопический спин 1 представляет собой внутреннюю характеристику адрона, отражающую инвариантность сильных взаимодействий относительно вращений в воображаемом трехмерном нзоспиновом пространстве. Квантовое число / определяет значение квадрата вектора изотопического спина, I (I2=I (/+1), приписываемого мультиплету адронов с одинаковыми свойствами по отношению к сильным взаимодействиям и с примерно одинаковыми массами и другими характеристиками, кроме электрических зарядов. Число адронов в изотопическом мультиплете составляет 2/+1. В процессах сильного взаимодействия сохраняется квантовое число / полного изотопического спина частиц, участвующих в реакции, и квантовое число третьей проекции полного изотопического спина /з, которое определяется как алгебраическая сумма проекций изотопического спина взаимодействующих адронов. В электромагнитных взаимодействиях адронов полный изотопический спин не сохраняется, но сохраняется его проекция. В слабых взаимодействиях нарушаются законы сохранения как 1, так и I3.
Странность S как внутреннее квантовое число приписывается некоторым мезонам (каонам) и барионам, которые принято называть гиперонами. Закон сохране-
ния странности как аддитивного квантового числа установлен эмпирически в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Слабые взаимодействия нарушают этот закон. Сохранение странности приводит к стабильности (относительно сильных взаимодействий) каонов и наименее массивных гиперонов, которые распадаются в результате слабого или электромагнитного (2°-гиперон) взаимодействия.
Очарование с, прелесть b — новые типы аддитивных квантовых чисел, приписываемых наиболее тяжелым нз открытых недавно адронов. Подобно странности этн квантовые числа сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабых взаимодействиях.
Гиперзаряд Y есть сумма квантовых чисел: У=?+ +S-fc+fc, он связан с электрическим зарядом Q (в единицах I е|) и проекцией изотопического спина /3следующим соотношением: Q = Z3+У/2.
Пространственная четность P элементарной частицы определяется характером преобразования ее волновой функции прн зеркальном отражении пространственных координат в системе отсчета, где свободная частица покоится. Если частица обладает определенной четностью, то P= ± 1.
Зарядовая четность С является внутренним квантовым числом так называемых истинно нейтральных частиц, у которых античастицы и частицы совпадают, а также нейтральных составных систем, которые при зарядовом сопряжении (замене частиц античастицами) переходят сами в себя. В слабых взаимодействиях нарушаются законы сохранения P- и С-четности, но в большинстве случаев сохраняется комбинированная СР-чет-ность. В распадах нейтральных каонов нарушается и CP-четность.
G-четность определяется как собственное значение оператора C=C ехр (ізт/2>, где h — вторая проекция изотопического спина, G-четность представляет собой внутреннее квантовое число адронов или систем адронов с нулевой странностью (очарованием, прелестью) и нулевым барионным зарядом. G-четность сохраняется только в сильных взаимодействиях.
36.4. КВАРКОВАЯ СТРУКТУРА АДРОНОВ
Все обнаруженные виды адронов могут быть «сконструированы» из небольшого числа гипотетических фундаментальных частиц, получивших название кварки [2, 3]. Минимальное число сортов (ароматов) кварков, которое необходимо для этого, равно пяти. Кваркам приписываются такие квантовые числа, как спин, изотопический спнн, странность, очарование, прелесть, электрический и барионный заряды. Выбор спинового квантового числа кварка, равного 5=1/2, обеспечивает возможность конструирования адронных состояний с любым целочисленным нли полуцелым значением спина. Два кварка из пяти, und, образуют изотопический дублет, т. е. им приписывается изотопический спин /=1/2 н его проекция I3= ±1/2, что позволяет сконструировать любой изотопический мультиплет адронов. Кварки s-, с- и Ь типов являются изосинглетами (/=0) и характеризуются соответственно квантовыми числами странностью S, очарованием с и прелестью Ь.
Существуют веские теоретические аргументы в пользу существования шестого сорта кварков t со специфическим внутренним квантовым числом t. Одновременно предполагается существование соответствующих антикварков. Квантовые числа кварков представлены в табл. 36.1. Мезоны можно составить из кварка и антикварка, барионы — из трех кварков, антибарноны — из трех антикварков. Выбирая различные спиновые состояния кварков н их относительные орбитальные моменты,
971 можно построить наблюдаемые адронные состояния с любыми значениями спина н четности. Поскольку кварки с разными квантовыми числами равноправны, каждому из них приписывается дробный барионный заряд B= 1/3 (у антикварков B= —1/3). Тогда по формуле Q=I3+V/2, где K=?+S-fc+b+t, вычисляется заряд кварка Q, который также оказывается дробным (по отношению к абсолютному значению заряда электрона). Квантовые числа антикварков противоположны по знаку квантовым числам кварков, указанным в табл. 36.1 (кроме /).
