ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 95
Скачиваний: 0
поэтому по сравнению с законом сохранении изотопического спина является новым зако ном, управляющим сильными взаимодейст виями. Так как законы сохранения связаны с определенными симметриями, из этого сле дует, что зарядовая симметрия, которая обес печивает только выполнение закона сохране ния изотопического спина, не полностью отражает симметрию окружающего нас мира. Физики предположили, что на самом деле мир еще более симметричен. И эта более высокая симметрия окружающего нас мира, высшая симметрия, как ее называют, приводит одно временно к выполнению закона сохранения изотопического спина и закона сохранения гиперзаряда (странности). Существование высшей симметрии сильных взаимодействий установлено совсем недавно. Это открытие, на котором мы остановимся подробно несколько ниже, является одним из замечательных до стижений физики наших дней. Именно на основе высшей симметрии удалось навести порядок в обширном семействе открытых за последние годы весьма короткоживущих частиц, к знакомству с которыми мы пере ходим.
РЕЗОНАНСЫ— НЕСТАБИЛЬНЫЕ АДРОНЫ
Новая глава в истории развития на ших представлений об элементарных
частицах началась открытием многочи сленной семьи весьма короткоживущих частиц — резонансов. Такого физика еще не знала. За какие-нибудь 3—4 года по явилась целая лавина неведомых и неза меченных ранее удивительных образова ний ядерной материи. Последствия этого не заставили себя долго ждать. Стало ясно, что ни один процесс сильного взаи модействия не обходится без участия этих эфемерных частиц. Природа еще раз показала, насколько обманчивы и нена дежны наши .первые, упрощенные пред ставления о явлениях микромира, какое неисчерпаемое богатство и многосторон нее содержание кроется в каждом из них. Обилие этих новых частиц еще с боль шей остротой поставило на повестку дня вопросы теории. Вместе с тем появились и обнадеживающие для решения их пер спективы. Речь идет прежде всего о систематике, классификации элементар ных частиц.
Что же представляют собой эти свое образные частицы? До сих пор мы имели дело со стабильными частицами и части цами, распадающимися по слабому взаимодействию со временем жизни больше 1СН10 сек или электромагнитному со временем жизни 1(И16—10-19 сек. По следние иногда называют м е т а с т а б и л ь н ым и . Но в принципе ничто не противоречит существованию частиц, рас-
153
издающихся и по законам сильного вза имодействия, т. е. за время порядка 10~23 сек, характерное для этих взаимодействий. И дей ствительно, такие частицы обнаружены и в большом количестве. Типичное время жизни таких частиц в несколько раз больше чем 10'23сшс. Все они образуются в процессах сильного взаимодействия.
При столкновении двух сильно взаимодей ствующих частиц, которое обычно длится не сколько меньше чем 10~23 сек, при определен ных энергиях наблюдались интересные явле ния, которые можно было бы истолковать как своеобразное слипание сталкивающихся час тиц на время в несколько раз большее. В те чение этого времени слипшееся образование ведет себя почти как нечто единое целое и может рассматриваться как некоторая неста бильная, весьма короткоживущая частица. Ее появление сопровождается резким, или, как говорят, резонансным увеличением числа со бытий рассеяния.
Под резонансом в физике обычно подразу мевается явление значительного увеличения амплитуды (размаха) колебаний, которое наблюдается, когда частота изменения внеш него воздействия совпадает с собственной частотой колебаний системы. Простым приме ром резонанса является увеличение амплитуды колебаний маятника под воздействием неболь шой, но действующей периодически силы, период которой в точности совпадает с пере ходом колебаний маятника.
Явления резонанса встречаются на каждом шагу в нашей повседневной жизни. Резонанс
154
в колебательных контурах приемника обеспе чивает настройку на ту или иную радиовеща тельную или телевизионную волну. Резонанс специально используют для улучшения звуча ния разнообразных музыкальных инструмен тов. Например, для лучшего звучания гитары ее корпус делается полым. Духовой музыкаль ный инструмент — это тоже не что иное, как своеобразный резонатор. Нет необходимости приводить новые примеры. Перечисление их можно продолжать сколь угодно.
Остановимся более подробно на явлении резонанса в мире элементарных частиц. Дело в том, что в соответствии с законами кванто вой теории процесс рассеяния можно рассмат ривать как некоторый колебательный процесс,
ч а с т о т а |
которого пропорциональна |
э н е р |
г ии системы взаимодействующих |
частиц, |
|
а квадрат |
амплитуды — вероятности |
рассея |
ния. Вследствие этого наблюдаемое при обра зовании нестабильных частиц резкое увеличе ние числа событий рассеяния (а следовательно, и вероятности) при определенной энергии относительного движения сталкивающихся частиц есть не что иное, как резкое увеличение амплитуды колебаний. Иными словами, мы имеем здесь явление резонанса. Если вспом нить, что по законам теории относительности определенная энергия относительного движе ния сталкивающихся частиц, соответствующая частоте резонанса, однозначно определяет массу слипшегося образования, массу образо вавшейся. нестабильной частицы, то нетрудно понять, почему такую частицу назвали резононом, или р е з о н а н с о м .
Впервые резонансы были обнаружены еще
в1952 г. известным физиком Энрико Фер ми в процессах столкновений пи-мезонов высо кой энергии с протонами. Ферми исследовал вероятность того, что я-мезон будет вначале захвачен протоном и затем оторвется от него, т. е. вероятность процесса рассеяния я-мезо- нов на протоне. Оказалось, что при энергии я-мезонов, которая по теории относительности соответствует общей массе взаимодействую щих частиц примерно в 2476 электронных масс, вероятность данного процесса очень резко возрастала. Это свидетельствовало о
том, что в результате столкновения я-мезон и протон задерживаются друг около друга на время большее, чем то, которое обычно тре буется для их взаимодействия в процессе рас сеяния, как бы слипаются друг с другом, обра зуя частицу с массой 2476 электронных масс. Изотопический спин этой нестабильной части цы оказался равным 3/2, т. е. эта частица вхо дит в изотопический мультиплет из четырех образований такого рода. Эти четыре образо вания, соответствующие четырем проекциям изотопического спина 7 = + 3/2, + 72, —х!ч, —3/г. отличаются друг от друга значениями электри ческого заряда.
Вскоре с помощью более мощных ускори телей в том же процессе при более высоких энергиях были найдены три новых мультиплета резонансов с массами 3024 (Уг), 3376 (72 ) и 3840 (3/2) (в скобках указан 7-спин). Тогда, в 1952 г., никто и не думал, что исполь зование более совершенной и мощной экспери-
156
ментальной техники, новых ускорителей при ведет к тому обилию резонансов, которое мы имеем в наши дни. Никто не предполагал, что исследование и изучение резонансов займет такое место в физике элементарных частиц. В наши дни открытие все новых резонансов следует одно за другим. Оказалось, что на блюдается не только слипание барионов с ме зонами, т. е. образование барионных резонан сов, но и слипание мезонов друг с другом, что ведет к возникновению так называемых мезонных резонансов. У всех барионных резо нансов барионный заряд равен +1, они имеют полуцелый спин. Для мезонных резонансов ба рионный заряд равен 0, а спин выражается це лым числом.
Среди обнаруженных резонансов имеются такие, электрический заряд которых больше единицы. Примером тому может служить один из четырех открытых Ферми резонансов с изо
топическим спином 3/г, заряд |
которого ра |
|
вен + 2. |
Недавно был открыт |
трехзарядный |
резонанс, |
заряд которого равен |
+3. |
Наряду с поисками новых резонансов ве дется кропотливая работа по определению и уточнению основных характеристик резонан сов, таких, как масса, спин, изотопический спин и др. Значительные экспериментальные трудности и невероятная сложность исследуе мых процессов не позволяют сразу делать категорические выводы о достоверности суще
ствования |
тех или иных резонансов. |
Наряду |
|
с твердо' |
установленными |
частицами такого |
|
типа на сегодняшний день |
имеется |
большая |
группа резонансов, о которых пока еще нельзя
157
сказать определенно, существуют они в дей ствительности или нет. Известны случаи, когда существование отдельных резонансов при более тщательной проверке не подтвер ждалось. В связи с этим трудно точно указать число всех известных на сегодняшний день резонансов.
По данным Международной конференции по физике высоких энергий в Дубне, общее
число элементарных частиц и резонансов, включая античастицы и все возможные заря довые состояния, определяемые значением изотопического спина частицы, составляло на август 1964 г. 195. Сюда входят 34 уже извест ные нам стабильные и метастабильные части цы (1 фотон, 8 лептонов, 7 мезонов, 9 барионов и 9 антибарионов), 83 твердо установленных резонанса (25 мезонных, 29 барионных и 29 антибарионных) и 78 резонансов, вопрос о су ществовании которых остается открытым. Сле дует иметь также в виду, что не все из 83 резо нансов, которые считаются твердо установлен ными, наблюдались непосредственно на опыте. Это в первую очередь касается 29 антибарион ных резонансов. Фактически в природе, кроме 33 частиц, включая Q~, наблюдалось примерно 50 резонансов.
Эти данные за последнее время, естествен но, несколько изменились. В табл. 3 приведены лишь адроны, существование которых твердо установлено и основные характеристики на дежно определены. При этом учтены уточне ния, полученные в течение года после Дубненской конференции.
158
УНИТАРНАЯ СИММЕТРИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
Сегодня в физике элементарных час тиц сложилась ситуация, напоми
нающая ту, которая была накануне создания периодической таблицы хими ческих элементов Д. И. Менделеева. Имеется много частиц, накоплено много данных об их свойствах. Но вопрос о том, сколько этих частиц должно быть в при роде, все ли они одинаково элементарны, чем определяются значения их масс, спи нов, зарядов и других характеристик, не ясен. Ответ на все эти вопросы и при звана дать будущая, пока еще не создан ная теория элементарных частиц.
Первые плодотворные шаги на этом пути связаны с попытками классифика ции сильно взаимодействующих частиц— адронов на основе обобщения понятия изотопического спина. Как и все сильно взаимодействующие частицы, резонансы можно сгруппировать по изотопическим мультиплетам. Именно с учетом этого и составлена табл. 3, в которой дана сводка адронов уже после разбиения их по изо топическим мультиплетам. Каждый из мультиплетов характеризуется опреде ленным набором значений трех величин: барионного заряда В, гиперзаряда У н изотопического спина Т. Эти значения приведены в 3, 4 и 5-й графах табл. 3. Для характеристики мультиплетов известных ныне адронов требуется сравнительно небольшое количество различных набо ров величин В, У, Т. Каждому из них отведена в таблице отдельная строка.
159
|
|
|
|
|
|
С и льн о в з а и м о д е й с т в у ю щ и е |
||
|
|
|
6« |
|
« К |
|
|
|
|
|
»х |
а>х |
н А |
|
|
||
|
|
X |
|
|
|
|
||
|
|
2 |
а |
з*5 |
|
|
|
|
|
|
X |
СП |
* с |
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
||
|
|
§3 |
а |
5 и |
§ Иа |
|
|
|
|
|
. о |
о X |
|
|
|||
|
|
|
с |
У« О |
|
|
||
|
|
|
X |
¿2 х |
- |
я ч |
|
|
|
|
|
и |
5. о |
Э* |
х с |
|
• . |
О) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
0— |
|
X |
|
|
|
|
|
|
||
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
о> |
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
— |
|
|
|
|
|
|
|
с |
ь* |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
(548), |
Х°(958) |
О |
V |
|
||||||
о с |
0 |
0 |
1 |
|
3 |
|
(137) |
|
К н |
|
г. |
||||||
О) |
|
|
|
|
|
|
|
|
■д >. |
0 |
+1 |
1/2 |
|
2 |
К (496) |
||
л 2 |
|
|||||||
о |
|
0 |
—1 |
1/2 |
|
2 |
К (496) |
|
<и |
|
|||||||
£ |
|
|
|
|
|
|
|
|
0) |
|
|
|
Итого |
|
8 + 1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
1/2+ |
3/2+ |
о |
|
|
|
|
|
|
||
§ а |
1 |
1 |
1/2 |
|
2 |
N (939) |
|
|
° |
§ |
1 |
0 |
0 |
|
|
А° (1115) |
|
5 5 |
|
|
|
|||||
О) |
Н |
|
|
|
|
|
|
|
д |
1 |
0 |
|
|
3 |
2 (1193) |
У (1382) |
|
3 |
*5 |
1 |
|
|||||
X |
>•» |
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
1 |
— 1 |
1/2 |
|
2 |
Е (1318) |
Е (1530) |
го |
|
|||||||
1 |
—2 |
0 |
|
1 |
|
<>-(1675) |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
1 |
1 |
3/2 |
|
4 |
|
Л/*/2 (1238) |
|
|
|
|
Итого |
8 |
10 |
Примечания: 1. Таблица содержит мезоны наряду с антимезонами. 2. В скобках указана средняя масса частицы в М э е 3. В таблицу не включены резонансы, основные харак не установлены.
1 !
!
1
1
1
;
1
1
1
I 1
(
Т а б л и ц а 3
ч а ст и ц ы и р е зо н а н с ы (а д р о н ы )
Спин и четность
|
- |
|
1 + |
2+ |
|
9 (1020), |
С (782) |
0(1286) |
/(1253), |
||
/' (1500) |
|||||
Р (765) |
|
|
А 2 (1320) |
||
К* (891) |
|
|
К* (1405) |
||
К* (891) |
|
|
К* (1405) |
||
8 + 1 |
|
1 |
8 + 1 |
= 2 8 |
|
3/2 - |
5/2+ |
|
5/2 - |
7/2+ |
|
Л/*2 (1518) |
Л/Г/, (1688) |
|
|
|
|
У0 (1520) |
У, (1815) |
|
|
|
|
|
|
У* |
(1765) |
У* (2065) |
|
|
|
|
|
Л+/г (1924) |
|
3 |
з |
|
з |
7 = |
34 |
Антибарионы не приведены—их столько ж е, сколько барионов. |
|||||
(масса электрона в этих единицах равна 0,51). |
|
|
|||
теристики которых или даже само их |
существование окончательно |
160 |
11. А. Богуш, Л. Мороз |
161 |