Шрифт:
К-мезоны
К-мезо'ны, каоны, группа нестабильных элементарных частиц, в которую входят две заряженные (К+, К– ) и две нейтральные (К, ) частицы с нулевым спином и массой приблизительно в 970 раз большей, чем масса электрона. К.-м. участвуют в сильных взаимодействиях, т. е. являются адронами; они не имеют барионного заряда и обладают отличным от нуля значением квантового числа странности(S), характеризующей их поведение в процессах, обусловленных сильным взаимодействием: у К+ и К° S=+1, а у К– и (являющихся античастицами К+,
К+ и К° одинаковым образом участвуют в сильных взаимодействиях, имеют приблизительно одинаковые массы и различаются лишь электрическим зарядом. Они могут быть объединены в одну группу — так называемый изотопический дублет (см. Изотопическая инвариантность) и рассматриваются как различные зарядовые состояния одной и той же частицы с изотопическим спином I =1/2. Аналогичную группу составляют и . Из-за различия в странности нейтральные К-м. К° и являются разными частицами, различным образом участвующими в сильных взаимодействиях.
Согласно современной классификации элементарных частиц, К-м. (К+, К°, , ) вместе с p-мезонами (p+, p, p– ) и h-мезоном входят в одну группу (октет) частиц, приблизительно одинаково участвующих в сильных взаимодействиях.
Открытие К-мезонов связано с работами большого числа учёных в различных странах. В 1947—51 в космических лучах было открыто несколько частиц, массы которых, измеренные с доступной в то время точностью, были приблизительно одинаковыми, а способы распада — разными.
Табл. 1.— Основные характеристики и способы распада К-мезонов
| Частица | Масса m (Мэв) | Странность S | Время жизни t: (сек) | Способы распада | Вероятность распада (в %) |
| К+ К– | 494 | +1 —1 | 1,2-10– 8 | m±+n p±+ p p±+ p—+ p+ p±+p+p m±+p+n e±+p+n e±+n | 64 21 5,57 1,70 3,18 4,85 1,2-10– 5 |
| К | 498 | +1 —1 | Распады на ~50% по схеме KS и на ~50% по схеме и на KL (см. табл. 2). |
Табл. 2.— Основные способы распада KS и KL
| Частица | Масса м | Время жизни t (сек) | Способы распада | Вероятность распада (в %) |
| KS | »mK | 0,86-10– 10 | p++ p— p+p | 68,7 31,3 |
| KL | »mK Разность масс: m KL — m Ks » 3-10– 6 эв | 5,4-10– 8 | p+p+p p++p—+p p±+m±+n p±+e±+n p++ p— p+p g+ g | 21,5 12,6 26,8 38,8 0,16 0,12 5-10– 4 |
Это были так называемые q-мезоны, распадающиеся на два пи-мезона, t-мезоны, распадающиеся на три p-мезона, и др. Значит. прогресс в изучении этих частиц начался с 1954, когда их удалось получать с помощью ускорителей заряженных частиц. Тщательные измерения масс и времён жизни показали, что во всех этих случаях наблюдались различные способы распада одних и тех же частиц, названных К-м.
Открытие К-м. сыграло важную роль в физике элементарных частиц; оно помогло установить новую характеристику сильно взаимодействующих частиц (адронов) — странность и создать современную систематику адронов (см. Элементарные частицы). Изучение распадов К-м. дало первые сведения о несохранении в слабых взаимодействиях пространственной и зарядовой чётности, а также о нарушении комбинированной чётности (см. Чётность, Зарядовое сопряжение, Комбинированная инверсия).
Сильные взаимодействия К-мезонов. Наличие у К-м. отличной от нуля странности S накладывает (из-за сохранения S в сильных взаимодействиях) характерный отпечаток на процессы сильных взаимодействий с участием К-м. Так, К+ и К, имеющие S = +1, рождаются при столкновениях «нестранных» частиц — p-мезонов и нуклонов (протонов и нейтронов) — только совместно с гиперонами или , , имеющими отрицательное значение странности (см., например, в ст. Гипероны).
Поскольку все гипероны имеют отрицательную странность, они легче рождаются в процессах, вызванных К— и , чем в процессах, вызванных К+ и К. Например, возможна реакция + р ® L0 + p+, тогда как реакция К + р ® L0 + p + запрещена законом сохранения странности в сильных взаимодействиях (здесь р — протон, L — гиперон). Рождение гиперонов в пучках К+, К менее вероятно, т.к. оно требует появления совместно с гипероном нескольких дополнительных К+ или К.
Поэтому медленные К+, К слабее взаимодействуют с веществом, чем , .
Слабые взаимодействия К-мезонов. Распады К-м. обусловлены слабым взаимодействием и происходят с изменением странности на 1 (в слабых взаимодействиях странность не сохраняется). Распады могут осуществляться различными способами и подчиняются эмпирическим правилам, определяющим изменение странности, изотопического спина адронов и пр. (см. Отбора правила). В распадах К-м. не сохраняются пространственная и зарядовая чётности, что проявляется, например., в возможности распада как на 2 p-, так и на 3 p-мезона.
Рисунок иллюстрирует процессы сильного и слабого взаимодействия К-м.
Специфические свойства нейтральных К-мезонов. Выше отмечалось, что К- и – мезоны, отличаясь друг от друга значениями квантового числа странности, участвуют в процессах сильного взаимодействия как две различные частицы. Поскольку, однако, в процессах слабого взаимодействия, в частности в распадах К.-м., странность не сохраняется, оказываются возможными взаимные превращения K ^U . Наличие таких переходов между частицей и античастицей, имеющими разные значения одного из квантовых чисел, характеризующих элементарные частицы, обусловливает специфические, уникальные свойства нейтральных К.-м. Для любых других частиц существование подобных переходов запрещено строгими законами сохранения электрического или барионного заряда (а также, по-видимому, и лептонного заряда для переходов нейтрино — антинейтрино).