ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 0
нсвения пи-мезонов с нуклонами одиночной странной частицы, так как при этом странность изменилась бы на единицу. Таким образом, это требование разрешает реакции, которые на са мом деле происходят, и запрещает те из них, которые не наблюдаются.
В настоящее время по тому же принципу на основе реакций, в которых странные части цы рождаются парами, установлены значения странности всех таких частиц и их античастиц
(ср. табл. 1 и 2).
Как уже отмечалось, наличие хотя бы од ного отличного от нуля заряда обязательно связано с существованием античастицы, с про тивоположным по знаку значением этого заряда. Роль такого заряда, по которому мож но отличить частицу от античастицы в случае электрически нейтральных частиц, может играть странность. Поэтому у К°-мезона, странность которого равна +1, есть своя анти частица со странностью —1 анти-ка-ноль-ме-
зон (К0). Точно так же наряду с А°-гиперо- ном со странностью —1 существует А°-гиперон со странностью +1.
Теперь требование сохранения странности, единым образом применяемое к большому ко личеству реакций, приобретает характер зако на, управляющего некоторыми явлениями ми
кромира,—з а к о н а |
с о х р а н е н и я |
с т р а н |
но с т и. |
для парного |
рождения |
Установленный |
странных частиц закон сохранения странности оказался справедливым й для реакций взаи модействия между странной и нестранной ча стицами. Например, в результате столкнове-
144
ния /( -мезона, странность которого равна —1, с не имеющим странности протоном в соот ветствии с этим законом рождается или одна частица со странностью —1 (Л°, 2+, 2 _, 2°) в паре с пи-мезоном, или несколько странных частиц, сумма странностей которых равна —1 (Е~ и К+, Е° и К0, Е- и К+) (см. табл. 2). В то
же время рождение А° или 2~, 2°, £+ в таком столкновении никогда не наблюдается, так как при этом странность изменилась бы на 2.
Таким образом, закон сохранения странно сти является общим законом для сильных взаи модействий. Он разрешает лишь те процессы, в которых сумма странностей до реакции и после реакции одна и та же, и запрещает такие процессы, в которых это требование не выпол няется.
Однако этот закон, справедливый для силь ного взаимодействия, не обязан выполняться в слабых взаимодействиях. Тем не менее, как показывает опыт, его нарушение не является произвольным. Оказывается, что во всех про цессах слабого взаимодействия с участием странных частиц странность меняется не боль ше чем на единицу.
Более глубокий смысл понятия странности раскрывается в ее тесной связи с изотопи ческими свойствами странных частиц, установ ленной М. Гелл-Манном и К. Нишиджимой в 1952 г. Эта связь и позволила предсказать мультиплеты странных частиц задолго до их экспериментального открытия. Ее сущность станет понятной, если мы уясним себе более
10. А. Богуш, Л. Мороз |
145 |
отчетливо различие между отдельными изото пическими мультиплетами.
Значение изотопического спина Т еще не полностью определяет, из каких конкретно ча стиц состоит мультиплет. При одном и том же Т, т. е. при равном числе частиц, мультиплеты могут быть как барионными, так, и мезонными и могут содержать частицы с различными со четаниями электрических зарядов. Эту неопре деленность можно устранить, если наряду с изо топическим спином Т задать барионный заряд
В и средний электрический заряд О, мультиплета. Последний определяется как среднее арифметическое всех зарядов. Вместо средне
го заряда <2 обычно пользуются его удвоен
ной величиной 2 (2 = У, которая носит название г и п е р з а р я д а .
Три числа Т, В и У полностью определяют изотопический мультиплет.
Пусть, например, мультиплет характеризу ется совокупностью чисел Т = 1/2, В —1, У=1. Так как В = 1, мы сразу заключаем, что это ба рионный мультиплет. Значение изотопического спина Г = 72 дает нам число частиц в мульти плете. По формуле N = 21+ 1 находим, что их две. Величина гиперзаряда У = 1 свидетельст вует о том, что средний электрический заряд двух частиц мультиплета равен + 1/2. Если учесть, что заряды частиц выражаются целы
ми числами, то такое значение С} может быть лишь в том случае, когда заряд одной частицы равен +1, а второй —0.
Таким образом, тройка чисел Т = '/ 2, В= 1, У = 1 определяет мультиплет из двух барионов
146
(барионный дублет) с электрическими заря дами + 1 и 0. Аналогичным образом найдем, что совокупность чисел 7=1, В = 0, У = 0 опре деляет мультиплет из трех мезонов (мезонный триплет) с электрическими зарядами +1, 0 и
—1. Эти два мультиплета естественно отожде ствить с нуклонным дублетом и пп-мезониым триплетом соответственно.
После открытия странных частиц А0 и К0 казалось естественным считать, что А0, как барион, является членом барионного дублета, а /(-мезоны, подобно пи-мезонам, образуют три плет. Однако, кроме двух /(-мезонов, К0 н К +, никаких других частиц, похожих на /(-мезоны, не было обнаружено. Точно также никто не смог обнаружить заряженную лямбда-частицу. Гелл-Манн н Нишиджима, сопоставляя эти факты со «странным» поведением этих частиц, предположили, что странность /(-мезонов и А-гиперона как раз в том и заключается, что /С° и /(+-мезоны образуют не мезонный три плет, а мезонный дублет, в то время как А-ги- перон не является членом барионного дубле та, а сам по себе образует самостоятельный ба рионный синглет. При этом, как легко видеть, дублет /(-мезонов будет определяться набором чисел 7=1, В = 0, У = 1, а синглет А — тройкой чисел 7 = 0, 5 = 1 , У = 0. Но если это так, то число, обозначающее величину странности, должно как-то быть связано с тройкой чисел, характеризующей тот или иной мультиплет. Сопоставляя наборы троек чисел 7, В, У для нуклонов (Л') и пи-мезонов (я), с одной сторо ны, с соответствующими наборами 7, В, У для Л'-'-гиперона (А) и /(-мезонов (К), с другой
147
стороны, легко заметить, что для нестранных мультиплетов (А') и (л) барионный заряд ра вен гиперзаряду, т. е. В=У, в то время как в случае странных частиц (А и К) В ф У .
В связи с этим Гелл-Манн и Нишиджима предположили, что мерой странности является значение разности барионного заряда В и ги перзаряда У. Действительно, в случае нукло нов и пи-мезонов, странность которых равна нулю, разность У — В также дает нуль. В то же время разность У — В для мультиплетов странных частиц отлична от нуля и также сов падает со значением странности, а именно для
А-гиперона |
У — В = —1, а |
для |
/(-мезонов |
|
У — В = + 1. |
Если величину |
странности обо |
||
значить через А, то связь между 5, |
Г и В для |
|||
четырех мультиплетов |
(М я, |
А и |
К) может |
|
быть выражена общей |
формулой. |
|
||
|
5 = Г -В . |
|
(24) |
Гелл-Манн и Нишиджима выдвинули сме лую гипотезу, что эта формула справедлива для всех без исключения изотопических муль типлетов. Такое обобщение и дало им возмож ность по некоторым отрывочным эксперимен тальным данным предсказать существование целого ряда новых странных частиц и опреде лить, в какие изотопические мультиплеты они входят.
Однако, прежде чем рассказать об этом, видоизменим формулу (24) так, чтобы она была справедлива для каждой отдельной ча стицы мультиплета. Точно так же, как все ча стицы одного и того же мультиплета, облада ют одним и тем же барионным зарядом В, они,
148
как следует из формулы (24), обладают од ной и той же странностью 5. В то же время гиперзаряд как величина, усредненная но всем зарядам частиц в мультиплете, в отличие от бариониого заряда и странности имеет смысл только лишь по отношению к мультиплету в целом. Отдельная частица характеризуется просто электрическим зарядом. Поэтому, что бы формулу (24) переписать для отдельной частицы, нужно связать гиперзаряд с электри ческим зарядом этой частицы. Это можно сде лать, воспользовавшись зетовой компонентой изотопического спина 73, характеризующей за рядовое состояние частицы. Легко проверить, что для всех четырех мультиплетов, упомяну тых выше, электрический заряд любой частицы мультиплета определяется общей формулой
<1^'й + Т3= ^ - + Т 3. |
(25) |
Так, например, средний электрический заряд дублета нуклонов равен + ’/2, а Т3= + 1/2 для протона и —'/г Для нейтрона. В результате формула дает <3= + 1 для протона и С} = 0 для нейтрона, что соответствует действительности. Подставляя в формулу (25) В + 5 вместо У (см. формулу (24)), получим основное соотно шение Гелл-Манна — Нишиджимы:
Я ~ Т 3 + - ^ ^ ~ . |
(25а) |
Обратимся теперь к следствиям из формул (24) и (25), полагая, что они справедливы для любого возможного мультиплета.
Ярким примером плодотворного примене ния формул (24) и (25) является история
149
открытия ксн-ноль-гиперона Е°. Эта частица была предсказана единственно из фактов существования кси-минус-гиперона и его сла бого распада на А0 и я - . На основе этих дан ных были определены барионный заряд (-6 = 1) и странность Е°-гиперона, оказавшаяся равной минус два. Из формулы (25) сразу полу чалось, что Г3— зетовая компонента изотопи ческого спина Е°-гиперона равна—У2. Отсюда
был |
сделан вывод, что изотопический |
спин |
для |
5-гиперонов равен Т = 112, т. е. |
число |
Е-гиперонов должно быть равно двум, а элек трический заряд второго гиперона с проекцией изотопического спина 7'з= + 1/2, согласно (25), должен быть равен нулю. Так был теорети чески предсказан кси-ноль-гиперон, экспери ментально обнаруженный в 1959 г.
Аналогичным образом был предсказан триплет сигма-гиперонов (2) и их античастиц,
одна из которых 2+-гиперон была обнаруже на советскими физиками в 1960 г. на синхро,- фазатроне в Дубне. К настоящему времени существование всех предсказанных на основе схемы Гелл-Манна — Нишиджимы странных частиц и их античастиц подтверждено экспе
риментально. Последняя из них, |
Е°-гиперон, |
зарегистрирована сравнительно |
недавно — |
в 1963 г. |
|
Закон сохранения странности в отличие от закона сохранения изотопического спина спра ведлив не только для сильных взаимодействий. В этом можно убедиться, внимательно проана лизировав формулу Гелл-Манна — Нишиджи мы (25). Как из нее следует, странность одно-
150
значно определяется через зетовую компоненту изотопического спина и электрический и барионный заряды. Все три величины сохра-к няются не только в сильных, но и в электро магнитных взаимодействиях. Следовательно,
вэтих взаимодействиях будет сохраняться странность. Несохранение странности в слабых взаимодействиях как раз с тем и связано, что
вних не только не сохраняется изотопический спин, но и его зетовая компонента.
Здесь ярко проявляется общий принцип, согласно которому, чем сильнее взаимодейст вие, тем больше число специфических законов сохранения будет иметь для него место. Как мы уже видели, странность как заряд, отно сящийся к целому мультиплету, естественным образом связана с его средним электрическим зарядом по формуле
5 = В + 2$. |
(26) |
Таким образом, по существу, странность ха рактеризует средний электрический заряд мультиплета с поправкой на его барионный заряд. Поэтому вместо странности для харак теристики мультиплета можно пользоваться
просто средним электрическим зарядом (2 или его удвоенным значением — гиперзарядом У. Вследствие того что закон сохранения барионного заряда выполняется всегда, г и п е р з а р я д с о х р а н я е т с я в т е х ж е в з а
и м о д е й с т в и я х , |
ч т о и с т р а н н о с т ь . |
|
Это сразу видно из формулы |
|
|
5 |
= В + У. |
(27) |
Закон сохранения гиперзаряда (стран ности) не следует из зарядовой симметрии и
151