Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
ситуация менее определена, но и здесь возможно разделение на группы,
которое являлось бы следствием той же симметрии, что и для барионов, -
если таковая вообще существует. Очевидно, что эта симметрия должна быть
лишь приблизительной и надлежащий выбор взаимодействия, нарушающего ее,
должен дать связь между массами частиц внутри одной группы.
1 Существует одно исключение из этого правила: частица 2° распадается при
электромагнитном взаимодействии 2°->-Л0 + у.
2 Это означает: стабильные при сильных взаимодействиях.
330
Странность
Странность
1.0
0.9
0,8
0,7
0.6
< 0,5 "S'
С\,~
%
ОА
0,3
0,2
0.1
- W ! ?
- у*(0,>§) ( ) N'lhl'H >
'(-) (- (-)
Ul(0,1') р(1.Г) Y*(1,?) ( ) -<hiv - N*&?) ztim - o(o,.И -
- -
- -к.кЦ.о')
я(1,0')
2000
1800
1600
то
1200
1000
о
Рис. 15.2. Состояния частиц, известные (или предполагаемые) к 1960 г.:
слева - мезоны, справа - барионы.
По вертикали отложены масса барионов и квадрат массы мезоиов (что по
теоретическим соображениям больше подходит для частиц с целым спином).
Частицы, расположенные в одной вертикальной колонке, имеют одинаковую
странность. В скобках рядом с символом частицы обозначены ее
изотопический спин I (число зарядовых состояний равно 2/ + 1, т. е.,
например, я-мезон имеет три зарядовых состояния; я~, я0, я-*-), спин J и
четность. Состояния, отмеченные в скобках, имели некоторые
экспериментальные подтверждения, хотя и не былн точно установлены,
Состояния, обозначенные штриховой лннней, были только предсказаны
теоретически,
331
Соответствующая система симметрии и была введена Гелл-Манном и Нееманом.
Она строилась на формализме, который, хотя и выражался в абстрактных
математических терминах, на самом деле представлял собой простейшее
обобщение формализма изотопического спина. Эта система приводит
непосредственно к группировке частиц в так называемые супермультиплетыi.
Все частицы, принадлежащие к одному супермультиплету, должны иметь
одинаковый спин и четность, но каждый супермультиплет должен иметь
характерный набор различных значений изотопического спина и гиперзаряда
(гиперзаряд Y равен сумме барионного заряда и странности). Особенно
удачными оказались супермультиплеты из восьми состояний, точно
соответствующих восьми барионам на рис. 15.2. Семь мезонов со спином О
также составляли аналогичный набор, в котором было свободное место для
восьмого состояния - синглета по изотопическому спину с гиперзарядом 0.
Четыре предполагаемых мезонных состояния со спином 1 тоже составляли
набор, но с четырьмя незанятыми состояниями: два дуплета по
изотопическому спину с гиперзарядом ±1. Похоже, что кандидатами на
свободные места должны были быть /(*-мезоны. Более того, простое
предположение, касающееся нарушения симметрии, привело к соотношению для
масс барионов
где N означает нуклон, а значения масс берутся средние Это соотношение
хорошо удовлетворялось. Подобное соотношение было предсказано для
квадратов масс мезонов, но его не удавалось проверить, так как одна из
входящих в него частиц еще не была известна. Благодаря особой важности
названных комбинаций из восьми состояний схема симметрии Гелл-Манна и
Неемана получила известность как "восьмеричный путь" - термин,
позаимствованный из буддизма.
Восьмой мезон со спином 0, г^-мезон, был открыт в 1962 г. Его масса
порядка 550 МэВ/с2 хорошо согласуется с теоретически предсказанной: 563
МэВ/с2. Мезо-
1 .Этот термин был введен Г. П. Вигнером, применившим комби-
нацию из инвариантностей спина и изотопического спина (обе только в виде
приблизительной симметрии) к теории атомного ядра.
332
ны со спином 1 представляют несколько более сложный случай. Когда
существование ш-мезона было экспериментально установлено (в 1961 г.), то
его масса оказалась равной 790 МэВ/с2, тогда как из соотношения масс
следует величина порядка 900 МэВ/с2. Гелл-Манн отметил, что теория
допускает также существование девятого мезона со спином 1, не
сгруппированного с другими частицами и имеющего такой же изотопический
спин и гиперзаряд, как и ш-мезон. Если в отсутствие взаимодействий,
нарушающих симметрию, масса этой девятой частицы порядка 900 МэВ/с2, то
она должна взаимодействовать, иди, иными словами, давать смешанное
состояние с со-мезоном, так что в результате возникают два наблюдаемых
состояния с массами, которые примерно одинаково отличаются от исходного
значения в ту и другую сторону. Следуя этим рассуждениям, он предположил,
что существует еще один мезон со спином 1 и массой порядка 1000 МэВ/с2.
К середине 1962 г. разработанной системе хорошо соответствовали барионы и
мезоны со спином 0, но неудовлетворительно - мезоны со спином 1. Внушали
некоторые сомнения и другие факты. Они связаны с существованием довольно
надежно установленных состояний, которые нестабильны при сильных
взаимодействиях и поэтому распадаются слишком быстро, чтобы их можно было
зарегистрировать как самостоятельные частицы. Они появляются в виде
