Файл: Мякишев Г.Я. Элементарные частицы.pdf

ГЛАВА ВОСЬМАЯ,

в которой рассказывается о частицах не оез основания назы­ ваемых странны­ ми, а также сообщаются до­ полните л ъные сведения о слабых взаимодействиях

Новые частицы появляются только парами. Начиная с 1947 г. таблица элементарных частиц начала стреми­ тельно пополняться новыми видами. Произошло это сов­ сем не потому, что ученые стали лучше понимать повадки частиц и поэтому охота за ними стала более успешной. Просто были построены более мощные ускорители частиц, и в лабораториях физиков появились очень энергичные частицы в столь большом количестве, как никогда ранее. На протяжении 8 лет было открыто 16 новых частиц; это так называемые /С-мезоны и гипероны.

Среди них имеются и нейтральные частицы — ^ - м е ­ зоны и Л°-гипероны, невидимые в камере. Они дали о се­ бе знать У-образными треками, которые образуют продук-

108

ты их распада, несущие электрические заряды (рис. I l l ) j

Л° р + тг-

Вскоре была отмечена странная особенность вновь от­ крытых частиц: они рождаются только парами или еще большими группами (рис. I V ) . Физики давно привыкли к тому, что парами рождаются частицы и античастицы. Здесь же не было ничего подобного. Вот типичный при­ мер реакции:

Р + Р р + А0 + К+ .

При столкновении двух протонов рождается Л°-части- ца и /С+-мезон. Остается также один из протонов.

Состав пар рождающихся частиц не является произ­ вольным. Так, Л°-частица может быть рождена вместе с /С+-мезоном или 2+-гипероном, но никогда с Лг-мезоном

этому не удивительно, что рождаются они только при вза­ имодействии частиц (обычно протонов) высокой энергии. Новые частицы — продукт сильного взаимодействия. Ина­ че они не рождались бы в больших количествах. Можно было предположить, что эти частицы не могут долго жить. За счет тех же сильных взаимодействий одни должны распадаться, если... если это допускается законами сохра­ нения. Так, Л°-частица должна быстро распадаться на протон и отрицательный пион. Реакция в действительно­ сти и идет таким образом, ибо ни механические законы сохранения, ни законы сохранения различного рода за­ рядов не нарушаются. Но странным образом процесс рас­ пада оказывается сильно заторможенным — в сотни и ты­ сячи миллиардов раз. Время жизни Л°-гиперона оказы­ вается весьма большим (порядка Ю - 1 0 сек) в сравнении с временем жизни, которое должно было бы быть, если бы

его возраст превосходил бы возраст солнечной системы. Сильные и электромагнитные взаимодействия могут рож­ дать эти частицы (точнее, пары частиц), но по каким-то причинам не могут их уничтожить.

Взгляните на времена жизни новых частиц и сравни­ те их с временем жизни заряженных я-мезонов, распадаю­ щихся за счет слабых взаимодействий, /(-мезоны распа­ даются за такое же время. Примерно таким же является

109

и время распада гиперонов. Вы догадываетесь, что это не случайно?

Да, именно так! Распады новых частиц, как показали самые тщательные исследования, обусловлены слабыми взаимодействиями. Потому-то эти частицы живут долго. Здесь еще раз можно наглядно убедиться, что слабые взаимодействия — это очень медленные,, но отнюдь не ничтожные силы. Совершать они могут деяния, перед ко­ торыми пасуют мощнейшие (пли быстрейшие) из сил природы.

Рождение парами и долголетие — странные свойства новых частиц. Поэтому физики назвали эти частицы странными частицами. Это название за ними укоренилось.

Причина долголетия. Умудренные опытом, физики на­ чали понимать, что если не происходит того, что, казалось бы, неизбежно должно быть, то надо искать новый закон сохранения. Такой закон и был открыт американским фи­ зиком Гелл-Манном и японским ученым Нишнджнма.

Эти ученые предположили, что странные частицы яв­ ляются носителями еще одного квантового числа, которое •сохраняется при сильных и электромагнитных взаимо­

странности объясняет как парное рождение странных ча­ стиц, так и их долголетне. Правда, сам он не имеет до сих пор какого-либо ясного истолкования.

Все можно объяснить, если предположить, что части­

странностей остается неизменной. Поэтому при столкно­ вениях сильные взаимодействия могут породить сразу не менее двух частиц со странностями противоположного знака. Например, при столкновении протонов рождают­ ся Л°- и К+-частицы, имеющие странности разных зна­ ков, но не Л° и Кг. При возникновении Е°-частицы одно­

110

Частица Е° имеет странность —2, а К0 и К+ в сумме имеют странность +2 . Поэтому такая реакция может ид­ ти за счет сильных взаимодействий.

Но сильные взаимодействия не могут разрушить странную частицу. Для распада на другие странные час­ тицы просто не хватает энергии, а более легкие частицы лишены странности. Поэтому ядерные и электромагнит­

не только разобраться в поведении /(-мезонов и гиперо­ нов, но и предсказать многие из этих частиц, в частности 2° и Е°-гипероны.

Удивительные К" - и К0 -мезоны. Удалось еще пред­ сказать удивительные даже для странных частиц свойст­ ва К0- и Л'°-мезонов. Эти частицы, и только эти, различа­ ются лишь знаком странности. В остальном они тождест­ венны. Поскольку странность сохраняется только в сильных взаимодействиях (но не в слабых), К0 и К0 должны вести себя как разные частицы лишь при реак­ циях рождения, за которые как раз ответственны сильные взаимодействия. Так, например, в реакции

Этого требует закон сохранения странности.

При распадах же К0 и /(° должны вести себя одинако­

ция вызывается электромагнитными силами. Ядерные силы не могут изменить изотопический спин, а он равен единице у 2°-частнц и ну­ лю у Л°-гиперона.

111