Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
5. л-МЕЗОННЫЙ ИЗОТРИПЛЕТ
Изучение свойств п±- и л°-мезонов показывает, что все три типа л-мезонов имеют близкие характеристики:
1) они сильно взаимодействуют с веществом (большие значения сечений рождения и взаимодействия);
2) их массы приблизительно равны;
3) все они имеют целый спин, так как рождаются в нуклон-нуклонных соударениях. Для л*-мезонов доказано, что их спин равен нулю. Относительно л°-мезона известно, что его спин не равен 1, так как частица со спином 1 не может распадаться на два у-кванта (теорема Ландау).
Сходство л*- и л°-мезонов не случайно. л-Мезоны являются ядерными квантами, испускаемыми или поглощаемыми нуклонами в процессе ядерного взаимодействия. Поэтому совершенно естественно, что свойства ядерных сил должны накладывать отпечаток не только на нуклоны, но и на я-мезоны*. В частности, это относится к свойству зарядовой независимости ядерных сил. Выше было отмечено, что согласно этому свойству ядерное взаимодействие двух любых нуклонов (п—р, р—р, п — п), находящихся в одинаковых пространственных
* С этой точки зрения особенно важно сходство в свойствах нейтрального и обоих заряженных л-мезонов (вместе), так как сходство между я+-и и "-мезонами вытекает также т того, что они являются частицей и античастицей.
§ 111. Свойства нейтрального п-мезона
231
и спиновых состояниях, одинаково, и при рассмотрении ядерных взаимодействий протон можно заменить нейтроном и наоборот. Формально это свойство ядерных сил описывается введением новой характеристики—вектора изотопического спина Т, значение которого (1/2) характеризует нуклоны обоих типов. В этой схеме протон отличается от нейтрона знаком проекции вектора изотопического спина: для протона она равна +1/2, для нейтрона —1/2. Таким образом, протон и нейтрон образуют дублет частиц с Т=1/2. Независимость ядерного взаимодействия от электрического заряда в этой схеме означает его независимость от проекции 7V, т. е. изотопическую инвариантность (см. § 84, п. 7).
Сходство в свойствах тс+-, тс-- и тс°-мезонов и их участие в сильных взаимодействиях позволяют высказать гипотезу о справедливости принципа изотопической инвариантности в процессах взаимодействия не только нуклонов, но также и тс-мезонов. Согласно этой гипотезе тс-мезоны по аналогии с нуклонами должны образовывать изотопический триплет (тс+, тс", тс°) частиц с одним и тем же значением изотопического спина Т и одинаковыми (с точностью до электромагнитного взаимодействия) свойствами: массой, спином, внутренней четностью, временем жизни, сильным взаимодействием. В сильном взаимодействии изотопический спин Т сохраняется.
Электромагнитное взаимодействие нарушает изотопическую инвариантность, снимает вырождение внутри изотопического триплета и приводит к различию в массах, временах жизни и схемах распада тс*- и тс°-мезонов.
Формальная схема построения изотопического триплета тс-мезонов аналогична схеме построения нуклонного дублета. Из существования трех видов тс-мезонов следует, что 27"+1 = 3, откуда |Т| = 1. те*-Мезону соответствует проекция +1, тс--мезону соответствует —1 и тс°-мезону—0.
Нетрудно убедиться в том, что для тс-мезонов, так же как и для нуклонов, справедливо соотношение (84.26), связывающее между собой электрический заряд z, барионный заряд В и проекцию изотопического спина 7"г:
z=Tc + 5/2. (111.18)
Это следует из того, что для любого Из трех видов тс-мезонов T^ = znt Вп = 0. Так как в сильных и электромагнитных взаимодействиях z и В сохраняются, то из (111.18) вытекает сохранение Г? в этих взаимодействиях .для тс-мезонов и нуклонов.
Таким образом, в сильных взаимодействиях нуклонов и тс-мезонов сохраняются полный вектор изотопического
232
Глава XIX. п-Мезоны
спина и его проекция 7^. В электромагнитных взаимодействиях изотопический спин не сохраняется, но сохраняется его проекция.
Заметим, что существенно новым результатом здесь является сохранение вектора изотопического спина, которое вытекает из распространения изотопической инвариантности на тс-мезоны.
§112. Взаимодействие л-мезонов
1. ПРОЦЕССЫ РОЖДЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ тс-МЕ30Н0В
Проверить справедливость гипотезы изотопической инвариантности для тс-мезонов можно, рассмотрев процессы сильного взаимодействия тс-мезонов с нуклонами (например, процессы рождения тс-мезонов нуклонами или процессы рассеяния тс-мезонов на нуклонах).
Предположим, что эта гипотеза справедлива. Тогда в подобных процессах должен выполняться закон сохранения изотопического спина. В табл. 43 даны значения вектора полного изотопического спина и его проекций для разных комбинаций из нуклонов и тс-мезонов, встречающихся в процессах рождения и рассеяния тс-мезонов.
Из таблицы видно, что процессы рождения тс-мезонов в нуклон-нуклонных столкновениях ВОЗМОЖНЫ ТОЛЬКО 'В состояниях с суммарным изотопическим спином Т=1 для случаев столкновения двух протонов или двух нейтронов и в состояниях с Т = 0 и Т=1 при взаимодействиях нейтрона с протоном.
Схематически процесс рождения тс-мезона может быть записан в виде
