Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§ 121. Гипотеза об унитарной симметрии и систематика адронов 313
s=Y 1 —
О --
п-г-
I У i 7" i -1---Ф—|— -т~ t" i ! i i
i
I
к.
! ln13StflSI I
-r-^-^f—
I i I i o-I I I I
J_I_I_I_L
-1 -1/2 0 1/2 1
+1
-1
III.!
I I/O I > + I I 1#« I fy« l
j у I у t~---
I i I I I
---
! ! ! ! I j_i_i_i_i_
-1 -1/2 0 1/2 1
Рис. 457
Рис. 458
-1 -1/2 0 1/2 1 Tj -3/2 -1 -1/2 0 1/2 1 3/2 7j
Рис. 459 Рис. 460
Прежде всего обращает на себя внимание то обстоятельство, что адроны с одинаковыми барионным зарядом, спином и четностью группируются в определенные симметричные совокупности; имеется девять псевдоскалярных мезонных адронов, т. е. частиц, находящихся в состоянии 0~ (1 = 0, Р= — \), девять векторных мезонных адронов (состояние 1 ~), восемь барионов в состоянии 1/2+, десять барионных адронов в состоянии 3/2+ и др. Первые три группы (рис. 457—459) состоят из сходных мультиплетов, которые располагаются на плоскости Г?, S(Y) в виде симметричных шестиугольных фигур (с несколько отличной центральной областью на рис. 459). Последняя группа из 10 частиц на тех же осях располагается в виде правильного треугольника (рис. 460). Все четыре фигуры симметричны по отношению к повороту на 120° и объединяют частицы с относительно близкими значениями масс.
314 Глава XXI. Унитарная симметрия сильных взаимодействий
Таким образом, создается впечатление, что каждая из этих групп представляет собой большой супермультиплет частиц, получившийся в результате «расщепления» одной частицы, состояние которой характеризуется теми самыми барионным зарядом, спином и четностью, которые присущи всем членам данного супермультиплета.
Эти симметричные группы частиц с одинаковыми барионным зарядом, спином и четностью, но различными странностью, изотопическим спином и электрическим зарядом можно сравнить с изотопическими мультиплетами, объединяющими частицы с одинаковыми барионным зарядом, спином, четностью и странностью, но с различным зарядом. Напомним, что члены изотопических мультиплетов имеют весьма близкие значения масс, а их число М определяется изотопическим спином Т(М = 2Г+1), т. е. может равняться 1 при Т = 0; 2 при Т=1/2; 3 при Т=1 и т.д.
Как известно, существование и свойства изотопических мультиплетов объясняются своеобразными свойствами и относительной интенсивностью сильного и электромагнитного взаимодействий.
Изотопическая инвариантность сильного взаимодействия проявляется для тс-мезонов, нуклонов и ядер в форме закона сохранения изотопического спина, который позволяет получить определенные соотношения между сечениями различных процессов и правила отбора для ядерных реакций. Распространение принципа изотопической инвариантности на АГ-мезоны и гипероны привело к установлению закона сохранения странности, позволившего не только систематизировать большую группу частиц, но и предсказать существование некоторых из них.
Успех классификации частиц, основанный на изотопической симметрии сильного взаимодействия, с одной стороны, и отмеченное выше сходство в свойствах больших групп адронов, состоящих из нескольких изомультиплетов, с другой стороны, заставили высказать предположение о существовании более общей (чем изотопическая инвариантность) симметрии сильных взаимодействий — так называемой унитарной симметрии.
Если изотопическая симметрия объединяет в изотопические мультиплеты частицы с одинаковыми барионными зарядами, спинами, четностью, изоспинами и странностью (но разными электрическими зарядами), то унитарная симметрия объединяет в унитарные супермультиплеты частицы, входящие в несколько изотопических мультиплетов, т. е. имеющие разные изоспины и странности.
Как известно, изотопическая инвариантность — не точная, а приближенная симметрия адронов, входящих в один и тот
§ 122. SU(З)-симметрия
315
же изотопический мультиплет. Эта симметрия нарушается электромагнитным взаимодействием. Однако в связи с относительной слабостью электромагнитного взаимодействия по сравнению с сильным приближенность изотопической симметрии проявляется лишь в небольшом отличии масс у частиц — членов изомультиплета (мы не говорим здесь о типично электромагнитных свойствах частиц, связанных с наличием у них электрического заряда).
Унитарная симметрия—еще менее точная симметрия сильного взаимодействия, чем изотопическая инвариантность, так как она объединяет в унитарные мультиплеты частицы с различной странностью, т. е. довольно сильно различающиеся по массе (см., например, рис. 460). Таким образом, нарушение унитарной симметрии, обусловленное этим расщеплением по странности, проявляется в значительно большем по сравнению с нарушением изотопической симметрии различии масс у частиц—членов унитарного мультиплета.
В 60-е годы было предложено несколько теоретических моделей унитарной симметрии, в которых предпринимались попытки объяснения существования супермультиплетов данной размерности (и отсутствия других), свойств частиц, входящих в супермультиплет (в том числе расщепления по массе), а также делались предсказания существования новых необнаруженных частиц—членов известных супермультиплетов и даже новых супермультиплетов с определенными свойствами.
