Большая Советская Энциклопедия (ГИ)
Шрифт:
Лит.: Шапиро И. Н., Опухоли почек, лоханок и мочеточников, в кн.: Многотомное руководство по хирургии, отв. ред. Б. В. Петровский, т. 9, М., 1959.
В. М. Вертепова, В. Г. Цомык.
Гипероны
Гиперо'ны (от греч. hyp'er — сверх, выше), тяжёлые нестабильные элементарные частицы с массой, большей массы нуклона (протона и нейтрона), обладающие барионным зарядом и большим временем жизни по сравнению с «ядерным временем» (~ 10– 23 сек). Известно несколько типов Г.: лямбда (L), сигма (S—, S, S+), кси (X—, X), омега (W—) [значки —, , + справа сверху у символа частиц означают соответственно отрицательно заряженную, нейтральную и положительно заряженную частицы]. Все Г. имеют спин 1/2, кроме W—, спин
Г. (L) были открыты в космических лучах английскими физиками Рочестером и Батлером в 1947, однако убедительные доказательства существования Г. были получены к 1951. Детальное и систематическое изучение Г. стало возможным после того, как их начали получать на ускорителях заряженных частиц высокой энергии при столкновениях быстрых нуклонов, p-мезонов и К-мезонов с нуклонами атомных ядер.
Открытие Г. существенно расширило физические представления об элементарных частицах, поскольку были впервые открыты частицы с массой, большей нуклонной, и установлена новая важнейшая характеристика элементарных частиц — странность. Введение странности понадобилось для объяснения ряда парадоксальных (с точки зрения существовавших представлений) свойств Г. Интенсивное рождение Г. при столкновении адронов высокой энергии с несомненностью свидетельствовало о том, что они обладают сильным взаимодействием. С другой стороны, если бы распад Г. вызывался сильным взаимодействием, их время жизни должно было бы составлять по порядку величины 10– 23сек, что в 1013 раз (на 13 порядков) меньше установленного на опыте. Время жизни Г. можно объяснить, если считать, что их распад происходит за счёт слабого взаимодействия, относительная интенсивность которого в этой области энергий как раз на 12—14 порядков меньше сильного (а следовательно, время распада во столько же раз больше). Парадоксом казалось то, что частицы, обладающие сильным взаимодействием, не могут распадаться с помощью этого взаимодействия.
Важное значение для разрешения этого парадокса имел тот факт, что при столкновении p-мезонов и нуклонов с нуклонами Г. всегда рождаются совместно с К-мезонами (рис. 1), в поведении которых обнаруживаются те же странности, что и у Г. Особенности поведения Г. и К-мезонов были объяснены в 1955 Гелл-Маном и Нишиджимой существованием особой характеристики адронов — странности (S), которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Если приписать К+– и К-мезонам странность S = +1, а L-Г. и S-Г. — равное по величине и противоположное по знаку значение странности, S = — 1, и считать странность p-мезонов и нуклонов равной нулю, то сохранение суммарной странности частиц в сильных взаимодействиях объясняет и совместное рождение L- и S-Г. с К-мезонами, и невозможность распада частиц с неравной нулю странностью (такие частицы получили название странных частиц) с помощью сильных взаимодействий на частицы с нулевой странностью. При этом X = Г., которые рождаются совместно с двумя К-мезонами, следует приписать S = —2, а W—– Г. — странность S = — 3. Распады Г. указывают на то, что процессы, обусловленные слабыми взаимодействиями, протекают с изменением странности. Рис. 2 иллюстрирует процессы сильного и слабого взаимодействия Г.
Согласно современной теории элементарных частиц, каждому Г. должна соответствовать античастица, отличающаяся от своего Г. знаком электрического и барионного зарядов и странности. Все антигипероны наблюдались на опыте; последним был открыт (1971) антиомега-Г.
Сильное взаимодействие Г. Помимо сохранения странности, сильные взаимодействия Г. обладают определенной симметрией, называется изотопической инвариантностью. Эта симметрия была установлена ранее для нуклонов и p-мезонов и проявляется в том, что частицы группируются в некоторые семейства — изотонические мультиплеты [(р, n) и (p—, p, p+), где р означает протон, а n — нейтрон]. Частицы, входящие в определенный изотопический мультиплет, одинаково участвуют в сильном взаимодействии, имеют почти равные массы и отличаются лишь электромагнитными характеристиками (электрическими зарядами, магнитными моментами). Число частиц в изотопическом мультиплете характеризуется специальным квантовым числом — изотопическим спиномI и равно 2I + 1. Г. образуют 4 изотопических мультиплета (см. табл.).
Таблица гиперонов
| L-гиперон (синглет) | S-гиперон (триплет) | X-гиперон (дуплет) | W-гиперон (синглет) | |||||||
| Состав изотопического мультиплета | L ° | S+ | S | S– | X | X– | W– | |||
|
| 1115,6 | 1189,4 | 1192,5 | 1197,3 | 1314,7 | 1321,3 | 1672,4 | |||
| Изотонический спин I | 0 | 1 | 1/2 | 0 | ||||||
| Странность S | – 1 | – 1 | – 2 | – 3 | ||||||
| Время жизни, сек | 2,52·10– 10 | 0,80·10– 10 | По теоретическим оценкам 10– 20 | 1,49·10– 10 | 3,03·10– 10 | 1,66·10– 10 | 1,3·10– 10 | |||
| Основные схемы распада* | L®°{ | r+p– | S+®{ | r+p | S®L+g | S® n+p– | X®L+p | X®L+p– | W– ®{ | X+p– |
| X– +p | ||||||||||
| n+p | n+p+ | L+K– |
* В таблице не указаны распады гиперонов с испусканием лептонов; они составляют по порядку величины доли процента от основных способов распада.
Предположение о существовании изотопических мультиплетов Г. позволило Гелл-Ману и Нишиджиме предсказать существование S и X до их экспериментального открытия.
Г. L, S, X по ряду своих свойств аналогичны нуклонам. Эта аналогия послужила исходным пунктом в поисках симметрии сильных взаимодействий, более широкой, чем изотопическая инвариантность. Наибольший успех при этом имела т. н. унитарная симметрия (SU3– симметрия), на основе которой была создана систематика адронов. С помощью этой симметрии удалось, например, предсказать существование и свойства W—– Г. (см. Элементарные частицы).
Распады Г. Основные способы распада Г. указаны в табл. Распады Г. подчиняются следующим закономерностям: 1) DS = 1 — странность изменяется по абсолютной величине на единицу: исключение составляет распад S на L и фотон, S ® L + g, протекающий за счёт электромагнитного взаимодействия (отсюда и время жизни S0 должно быть ~ 10– 20 сек, а не 10– 10сек) и поэтому не сопровождающийся изменением странности. Этот закон запрещает прямой распад ~O-Г. на нуклон и p-мезоны, т.к. при таком распаде странность изменилась бы на две единицы. Распад ~O-Г. происходит в два этапа: X ® L0 + p; L ® N + p (где N означает нуклон). Поэтому ~O-Г. называют каскадным. Каскадные распады претерпевают также W—– Г.
2)DQ = DS — в распадах с испусканием лептонов изменение заряда Q адронов равно изменению странности S. Этот закон запрещает, например, распад S+ ® n + m+ + n (m+ — положительный мюон, n — нейтрино).
3) DI = 1/2 — изотопический спин меняется на 1/2. Это правило позволяет объяснить соотношения между вероятностями различных наблюдаемых способов распада Г.
При взаимодействии быстрых частиц с ядрами могут возникать гипер-ядра, в которых один или несколько нуклонов в результате сильного взаимодействия превратились в Г.
Лит.: Гелл-Манн М., Розенбаум П. Е., Элементарные частицы, в кн.: Элементарные частицы, пер. с англ., М., 1963 (Над чем думают физики, в. 2); Эдер Р. К., Фаулер Э. К., Странные частицы, пер. с англ., М., 1966; Фриш Д., Торндайк А., Элементарные частицы, пер. с англ., М., 1966.
Л. Г. Ландсберг.
Рис. 1. Фотография (а) и схематическое изображение (б) случая парного рождения L°-гиперона и K°-мезона на протоне в жидководородной пузырьковой камере под действием p—– мезона: p— + p ® L° + K°. Эта реакция обусловлена сильным взаимодействием и разрешена законом сохранения странности (суммарная странность частиц в начальном и конечном состояниях одинакова и равна нулю). На снимке видны также распады L°-гиперона и K°-мезона под действием слабого взаимодействия: L° ® p + p— , K° ® p+ + p— (в каждом из этих процессов странность меняется на 1). Пунктирные линии на рис. б изображают пути нейтральных частиц, которые не оставляют следа в камере.