Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
строго, но являются очень слабыми (и являются объектом интенсивных
экспериментальных исследований). Для иллюстрации: нуклоны и пионы имеют
странность 5 = 0, в то время как К+ мезоны имеют странность 5 = 1.
Соответственно, реакции
7Г+р -> 7Г+ + 7Г+ + П,
7Г+ + р -> К+ + 7Г+ + П7
7Г+ + р ->¦ К+ + К+ + п
являются сильными, слабыми и очень слабыми.
Есть и другие три величины, аналогичные странности. Они тоже сохраняются
в сильных и электромагнитных, но не сохраняются в слабых взаимодействиях.
Они появились позже, после того, как возникла гипотеза кварков. Эти три
величины, взятые вместе со странностью, ба-рионным числом и электрическим
зарядом, дают набор из шести аддитивных законов сохранения для сильных и
электромагнитных процессов. Но шесть - это число типов кварков! Хотя эти
законы сохранения нашли естественное место в современной, основанной на
кварках теории, их можно воспринимать и так, что они получаются
непосредственно из экспериментальных данных без всякой ссылки на
основополагающую кварковую теорию.
К кваркам
Существует много других идей с приближенной симметрией, которые
предлагались и обосновывались на основе экспериментальных данных.
Концепция состоит в том, что существует нечто более сложное, чем
184
Глава 8
аддитивные законы сохранения. Примером является симметрия изотопического
спина, которая очень хорошо выполняется в сильных взаимодействиях. При
этом все адроны разделяются на группы, или изотопические мультиплеты, как
их называют. Все частицы данного мультиплета имеют одинаковый спин,
барионное число, и другие квантовые числа, исключая электрический заряд.
Для расширения этой симметрии, чтобы можно было игнорировать нарушающие
симметрию эффекты электромагнитного и слабого взаимодействия, необходимо,
чтобы все частицы данного мультиплета имели одинаковую массу. Тогда (р,
п) образуют ядерный дублет; (7г+, 7г°, 7г~) - образуют пионный триплет;
(Л) - син-глет Л-частицы; (АГ+, АГ°) - АГ-мезонный дублет, и так далее,
группируя все адроны. Уже здесь ясно, что есть основания для возможной
группировки по изотопическому спину. А именно, р и п фактически имеют
одинаковую массу, в то время как нейтральный пион имеет близкую массу с
заряженными пионами. То же самое и в других мультиплетах. Изотопическая
симметрия выходит за рамки этого. Часто бывает полезно предсказывать
соотношения между поперечными сечениями различных процессов, включающих
данный набор мультиплетов. Например, изотопическая симметрия дает
определенные соотношения (которые мы здесь не будем описывать),
связывающие поперечные сечения для процессов
7Г_ + р -> Л + АГ°, 7Г° р -> Л К+,
7Г° + п -> Л + К0, 7Г+ + п -> Л + К+.
В общем случае предсказания на основе симметрии изотопического спина
очень хорошо подтверждаются экспериментальными данными.
В начале 60-х годов XX века была предложена более широкая симметрия
сильных взаимодействий. Известно, что с самого начала она не была такой,
а была предложена как некоторое полезное приближение. Это 517(3)-
симметрия, к математическому содержанию которой мы не будем обращаться.
Она группирует изоспиновые мультиплеты в еще большие, причем все частицы
этого большого мультиплета имеют одинаковый спин и одинаковое барионное
число. Если бы симметрия была точной, они имели бы и одинаковые массы.
Например, изотопический триплет пионов, дублет АГ-мезонов, дублет анти-
АГ-мезонов и синглет ^-частицы - все они имеют одинаковый спин и
одинаковое нулевое барионное число. Они образуют вместе отдельный 5ЩЗ)-
мультиплет с восемью состояниями. Другие адроны тоже собираются вместе в
другие мультиплеты, с размерностью (числом состояний), разрешенной
517(3)-симметрией, например: 8, 10, 27. Увы, массы внутри различных
517(3)-мультиплетов неодинаковы и в некоторых случаях отличаются
достаточно сильно; так что 5Д(3)-симметрия не является точной. Тем не
менее, она обеспечивает приемлемое приближение во многих ситуациях.
Но основной триумф 5ЩЗ)-симметрии связан с так называемой
Основные ингредиенты
185
кварковой гипотезой. Математика 517(3)-симметрии разрешает мульти-плеты с
размерностью 3. Через некоторое время после появления 517(3) стало ясно,
что ни один из известных адронов не может группироваться в мультиплет с
этой размерностью; все они соответствуют другим состояниям. Само по себе
это не означало какого-либо противоречия. Можно было просто сказать, что
природа, по каким-то внутренним причинам предпочла проигнорировать
простую возможность, предоставленную 5ЩЗ)-симметрией. Тем не менее, в
начале 60-х годов возникла идея, что внутренняя структура адронов должна
быть основана на этом триплете 517(3)-симметрии, названном "кварками".
Хотя понимание основополагающей квантовой динамики еще было далеко от
завершения, по-край-ней мере, математика 517(3)-симметрии приводила к
картине, в которой все известные адроны могут быть составлены из трех
типов кварков - частиц со спином 1/2 (здесь кварк означает общее название
