Симметрия в физике Том 1 - Эллиот Дж.
Скачать (прямая ссылка):
большие ошибки, а потому мы при- о"
РрУппл SUt и приложений к "АЛлентЛрн*м Чйстиш
Таблица 11.1 продолжение
б) Мезоны
Частица Масса, МэВ Спин Заряд Изо- спин Т мт Гипер- заряд У
Среднее время жизни, с Главные каналы распада
я± 139,6 о- ±1 1 ±1 0 2,6-10-8 ц-fv
л° 135,0 0- 0 1 0 0 0,9-10~1в У + У
К± 493,7 0- ±1 1 2 Л.1 - 2 ± 1 1,2-10-8 ц + v (64%), 2л
(21%), Зл (7%)
' К° 497,7 о- 0 1 2 1 2 1 1 0,9-Ю-10 л+ + л- (68%), я°+ л°
(32%)
К 0 497,7 о- 0 1 2 1 2 -1 Cl 00 о 1 со Зя (38%), nev
(35%), л^ (27%)
Г]° 549 о- 0 0 0 0 3-10-18 2у (42%), Зл (51%),
2яч(6%)
Примечание. Для К°- и К"-частицимеют место оба типа распада, объединенных
фигурной ск e.6i cl: (т. 2, гл. 1C, § 3, п. Е).
Глава 11
Группа SUз и приложения к элементарным частицам 313
зываются с возбужденными состояниями сложной системы, которая может быть
нестабильной. Многие из частиц, перечисленных в табл. 11.1, можно
рассматривать как возбужденные состояния других частиц, аналогично тому,
как в гл. 10 мы говорили о протоне и нейтроне как о двух состояниях
нуклона.
§ 2. ГИПЕРЗАРЯД
Подобно большинству новых понятий гиперзаряд был поначалу введен
феноменологически для описания некоторых необъясненных явлений. Но по
мере того как с учетом гиперзаряда получало объяснение все большее число
явлений, новое понятие постепенно утверждалось. Во-первых, требовал
объяснения тот факт, что в р - р-соударениях я-мезоньг могут рождаться по
одному, а йГ-мезоны - только парами. Во-вторых, время распада йГ-мезонов
имеет порядок 10~10 с. Но когда процессы, происходящие благодаря сильному
взаимодействию, характеризуются энергиями порядка сотен
мегаэлектронвольт, из соотношения неопределенностей AEAt&% следует, что
характерные для этих процессов времена имеют порядок 10-23 с (^=6,6 -Ю-22
МэВ -с). Это говорит о том, что существует правило отбора, запрещающее
распад /Г-мезона на более легкие частицы. На этом основании было
постулировано, что все сильновзаимодействующие частицы обладают новым
квантовым числом Y (гиперзарядом) и что гиперзаряд сохраняется в сильных
взаимодействиях. Другими словами, в любых реакциях рождения или распада
частиц, происходящих благодаря сильному взаимодействию, полный гиперзаряд
начального и конечного состояний должен быть одинаковым. Таким образом,
для того, чтобы я-мезонам было разрешено рождаться поодиночке, им следует
приписать гиперзаряд Y=0. В то же время йС-мезоны, рождающиеся только
парами, бывают четырех типов: К+, К°, К0 и К~. Оказалось, что гиперзаряд
будет сохраняться, если положить У = -(-1 для К+ и К0 и Y=-1 для К0 и К~.
В этом случае одна из частиц родившейся пары будет иметь Y=-f-l, а другая
Y --1. Значения гиперзаряда, приписанные частицам, можно многократно
перепроверить благодаря большому количеству разнообразных изученных
реакций. Оцонча-
314
Глав* 11
тельные значения гиперзаряда приведены в седьмом столбце табл. 11.1.
Подобно заряду, гиперзаряды частицы и античастицы равны по величине и
противоположны по знаку. В распаде йГ°-мезона с У=+1 на два я°-мезона с
Y=0 сохранение гиперзаряда нарушается. Но, как было отмечено выше, этот
распад происходит в 1012 раз медленнее, чем должно быть при сильном
взаимодействии. Это как раз такая скорость распада, к которой, как это
известно из других данных, приводило бы слабое взаимодействие,
ответственное за ^-распад. Таким образом, мы приходим к выводу, что в
слабых взаимодействиях, в отличие от сильных, гиперзаряд не сохраняется.
Этот вывод подтверждается и всеми остальными экспериментальными данными.
|Иногда гиперзаряд характеризуют так называемой странностью. Странность
обозначают буквой S; она связана с Y соотношениями S-Y для мезонов и S
=Y-1 для барионов. (Вообще говоря, S=Y-B, где В - барион-ное число,
определение которого будет дано в § 3.) Преимущество квантового числа S в
том, что для наиболее известных частиц, таких, как я-мезоны и нуклоны,
оно равно нулю (5=0), а более "новые" частицы (например, йГ-мезоны),
частицы со "странными" свойствами, характеризуются ненулевыми значениями
S. С точки зрения классификации более удобен гиперзаряд, как мы увидим в
§7.
§ 3. БАРИОННЫЙ ЗАРЯД
Так как протон значительно тяжелее я- и йГ-мезонов, возникает вопрос,
почему он абсолютно стабилен и не распадается. Единственным ответом на
этот вопрос может быть введение еще одного сохраняющегося квантового
числа - "барионного заряда". В гл. 10, § 2 мы ввели термин "адрон" для
всех сильновзаимодействующих частиц. Теперь мы делим все адроны на
мезоны, имеющие целый спин, и на барионы - адроны с полуцелым снином. Две
эти группы частиц - мез шы и барионы - различаются и по массе. Как видно
из табл. 11.1, барионы - более тяжелые частицы.
Барионный заряд В определяется так, что бариопу приписывается значение В
= -\-1, мезону - значение В={)
Группа SUj и приложения к длсмснтйрным частицам 315
и антибариону - значение В =-1. Экспериментальные данные говорят о том,
что барионный заряд сохраняется во всех реакциях, даже обусловленных
