Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
1S Зак. 127
361
Т аблица 26С. Главный барионный октет
Частица Масса, МэВ Среднее время Схемы рас
жизни, с пада
р протон 938,256 стабильный ре~\
п нейтрон 939,550 1,0Ы03
А лямбда-гиперон 1115,58 2,51 • 10~10 рл~
пл.0
2+ч1 1189,47 0,81 • 10~10 ряп
2° ¦ сигма-гипероны ПК ~
1192,56 < ю-14 А у
1197,44 1,65-10-10 пп~
ЕЧ 1314,7 3,0-10~10 А я0
1321,2 1,7.10-!° Ая~
Спи:: всех этих частиц равен 1/2, а барионное число равно +1. Существует октет анти-барионов, составленный из соответствующих античастиц. Члены этого октета имеют те же массы, спины и средние времена жизни, но заряды и бариопные числа противоположного знака
в.ней остается около ста частиц, составной характер которых «не очевиден». Это протон, нейтрон, антипротон и антинейтрон, долгоживущие гипероны и антигипероны, пионы, К-мезоны, мюоны, нейтрино, электрон с позитроном и фотон. За исключением протона, антипротона, электрона, позитрона, фотона и нейтрино, все эти частицы нестабильны. Однако в свете сказанного выше нельзя, конечно, считать непременным условием «элементарности» абсолютную стабильность.
Элементарные частицы можно разделить на четыре группы. Фотон является единственным членом первой из них. Остальные группы частиц носят общие названия лептонов, мезонов и барионов (включая и аитибарионы). В табл. 26А — 26С указаны некоторые свойства лептонов и наиболее характерных мезонов и барионов (см. также табл. С приложения).
27. Перечисленные в табл. 26В, 26С мезоны и бар ионы показаны также на рис. 27А и 27В, которые сильно напоминают схемы уровней из гл. 3. Каждая частица представлена на диаграммах короткой чертой, ордината которой равна массе покоя частицы, а абсцисса
362
соответствует ее электрическому заряду. (Заряд указан против середины черты.)
По современным представлениям, приведенные диаграммы полностью аналогичны схемам уровней атомов. Каждая диаграмма относится к «мультиплету» частиц, которые можно считать различными состояниями одной частицы, «общей» для всего мультиплета.
БОО
500
1 300
200
100
нв,к°
К
лл
-/ О +/ Электрический заряд
Электрический заряд
Рис. 27А. Спектр масс для мезонного октета, к которому принадлежат пионы и К-мезоны. Все частицы октета имеют барионное число и спин, равные нулю. Массы нейтральных мезонов К0 и К0, обозначенных на схеме двойной линией, равны. Частицы и античастицы расположены симметрично по отношению к вертикали, проходящей через нулевой заряд; я0- и т)-ме-зоны идентичны со своими античастицами; /С°-мезон является античастицей/(0-мезона
Рис. 27 В. Спектр масс барионного октета, к которому принадлежат протон и нейтрон. Все частицы октета имеют спин, равный 1/2, и барионное число, равное +1. Приведенную схему уровней можно рассматривать как схему восьми различных состояний одной частицы, образующей мультиплет
На рис. 27С показан мультиплет антибарионов, состоящий из восьми частиц, каждая из которых является античастицей соответствующего бариона на рис. 27В. Античастицы мезонов для рис. 27А приведены на том же рисунке. Мы говорим, что октет мезонов самосопряжен. Отрицательный пион, таким образом, является античастицей положительного пиона, а отрицательный /(-мезон — античастицей положительного /(-мезона. Частицы, обозначенные К0 и /(°, образуют пару античастиц. Что касается нейтрального пиона и т^-мезона, то они тождественны своим античастицам.
На рис. 27D показан мультиплет из десяти барионов, в который входят резонансы, обозначенные символом на рис. 24В. Природа этих резонансов еще, пожалуй, не ясна, но многие физики предпочитают включать их в число элементарных частиц.
28. Существующие в природе взаимодействия разделяются на сильные (частным случаем таких взаимодействий являются ядерные силы), электромагнитные, слабые и гравитационные взаимодействия. Мезоны, барионы и антибарионы сильно^взаимодействуют
12* Зак. 127
363
друг с другом. Фотоны н лептоны не обладают сильным взаимодействием; их поведение определяется электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Сильно взаимодействующие частицы (для них предложено общее наименование «адроны») могут участвовать как в электромагнитных, так и в слабых взаимодействиях. Многие
1,7
1,6
I
1,4
13
1,2
2'
о
ЬМ
n:
/г
N*°
' 3/2
_L
N*.* N'r
3/2 3/2
-/ О. +/ +2
Электрический ~
Рис. 27С. Спектр масс антибарионпого октета, который образован античастицами октета, приведенного на рис. 27В. "Все частицы антибарионного октета имеют барионное число —\ и спин» равный 1/2- Отразиз барионную диаграмму вокруг вертикали, проходящей через нуль заряда, получим антибарионную диаграмму, и наоборот Рис. 27D. Схема уровней мультиплета из десяти барионов, включающая рсзонанел^г состоя* ния, образующиеся при пион-нуклонном рассеянии (см. рис. 24В, где показан ход эффективного сечения с энергией). Резонансы на диаграмме обозначены символом ^3;2. Все показанные частицы имеют спин у/2 и барионное число +1. На этой диаграмме поражает строгая закономерность, обнаруживаемая в свойствах частиц, хотя многие детали сше непонятны. Принципы симметрии, известные под названием восьмеричного пути, позволяют понять, почему пион-нуклонпые резонансы входят в состав декаплета. Существование ^"-частицы было сперва предсказано на основании этих принципов, а затем ее удалось обнаружить экспериментально- Ее среднее время жизни равно 1,5-10 —10 с. Все остальные частицы де* каплета *г меют крайне малое время жизии
