 |
 |
|
 |
|
|
ГИПЕРОНЫ |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
(от греч. hyper — сверх, выше)
тяжёлые нестабильные Элементарные частицы с массой, большей массы нуклона (протона и нейтрона), обладающие барионным зарядом (См. Барионный заряд) и большим временем жизни по сравнению с «ядерным временем» (~ 10-23 сек). Известно несколько типов Г.: лямбда (0), сигма (—, 0, +), кси (—, 0), омега (—) [значки —, 0, + справа сверху у символа частиц означают соответственно отрицательно заряженную, нейтральную и положительно заряженную частицы]. Все Г. имеют спин 1/2, кроме —, спин которого, согласно теоретическим представлениям, должен, быть равен 3/2 (т. е. Г. являются Фермионами). Г. участвуют в сильных взаимодействиях (См. Сильные взаимодействия), т. е. принадлежат к классу адронов. Время жизни Г. порядка 10-10 сек (за исключением 0, который, по-видимому, имеет время жизни порядка 10-20 сек); за это время они распадаются на нуклоны и лёгкие частицы (-мезоны, электроны, нейтрино).
Г. (0) были открыты в космических лучах (См. Космические лучи) 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 (См. Ускорители заряженных частиц) высокой энергии при столкновениях быстрых нуклонов, -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 10-23 сек, 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 (См. Слабые 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 -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 (См. Нишиджима) существованием особой характеристики адронов — странности (S), которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Если приписать К+- и К0-мезонам странность S = +1, а -Г. и -Г. — равное по величине и противоположное по знаку значение странности, S = — 1, и считать странность -мезонов и нуклонов равной нулю, то сохранение суммарной странности частиц в сильных взаимодействиях объясняет и совместное рождение - и -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 = Г., которые рождаются совместно с двумя К-мезонами, следует приписать S = —2, а —-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 (См. Античастицы), отличающаяся от своего Г. знаком электрического и барионного зарядов и странности. Все антигипероны наблюдались на опыте; последним был открыт (1971) антиомега-Г. 0192002051.tif , или + (рис. 3).
Сильное взаимодействие Г. Помимо сохранения странности, сильные взаимодействия Г. обладают определенной симметрией, называется изотопической инвариантностью (См. Изотопическая инвариантность). Эта симметрия была установлена ранее для нуклонов и -мезонов и проявляется в том, что частицы группируются в некоторые семейства — изотонические мультиплеты [(р, n) и (—, 0, +), 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 спином (См. Изотопический спин) I и равно 2I + 1. Г. образуют 4 изотопических мультиплета (см. табл.).
Таблица гиперонов
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| | -гиперон | -гиперон (триплет) | -гиперон (дуплет) | -гиперон (синглет) |
| | (синглет) | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Состав | ° | + | 0 | - | 0 | - | - |
| изотопического | | | | | | | |
| мультиплета | | | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Масса, Мэв | 1115,6 | 1189,4 | 1192,5 | 1197,3 | 1314,7 | 1321,3 | 1672,4 |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Изотонический | 0 | | 1 | | 1/2 | | 0 |
| спин I | | | | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Странность S | -1 | | -1 | | -2 | | -3 |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Время жизни, | 2,52•10-10 | 0,80•10-10 | По теоретическим оценкам 10- | 1,49•10-10 | 3,03•10-10 | 1,66•10-10 | 1,3•10-10 |
| сек | | | 20 | | | | |
|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Основные | | | | | | | | | | 0+- |
| схемы | | | | | | | | | |---------------- |
| распада* | >°{ | +- | +>{ | +0 | 0>0+ | 0> n+- | 0>0+0 | 0>0+- | ->{ | -+0 |
| | |------------| |------------| | | | | |---------------- |
| | | n+0 | | n++ | | | | | | 0+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 0 и 0 до их экспериментального открытия.
Г. , , 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 —-Г. (см. Элементарные частицы).
Распады Г. Основные способы распада Г. указаны в табл. Распады Г. подчиняются следующим закономерностям: 1) S = 1 — странность изменяется по абсолютной величине на единицу: исключение составляет распад 0 на 0 и фотон, 0 > 0 + , протекающий за счёт электромагнитного взаимодействия (отсюда и время жизни 0 должно быть ~ 10-20 сек, а не 10-10 сек) и поэтому не сопровождающийся изменением странности. Этот закон запрещает прямой распад -Г. на нуклон и -мезоны, т.к. при таком распаде странность изменилась бы на две единицы. Распад -Г. происходит в два этапа: > 0 + ; 0 > N + (где N означает нуклон). Поэтому -Г. называют каскадным. Каскадные распады претерпевают также —-Г.
2)Q = S — в распадах с испусканием лептонов (См. Лептоны) изменение заряда Q адронов равно изменению странности S. Этот закон запрещает, например, распад S+ > n + + + (+ — положительный мюон, — нейтрино).
3) I = 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 (См. Гипер-ядро), 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.
0219719243.tif
Рис. 1. Фотография (а) и схематическое изображение (б) случая парного рождения °-гиперона и °-мезона на протоне в жидководородной пузырьковой камере под действием —-мезона: — + p > ° + °. 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 °-гиперона и °-мезона под действием слабого взаимодействия: ° > 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.
0228982496.tif
Рис. 3. Фотография (а) и схематическое изображение (б) случая рождения и распада антигиперона (+) в пузырьковой камере, наполненной жидким дейтерием и находящейся в магнитном поле. Антигиперон , имеющий положительный электрический заряд и странность S = +3, рождается (в точке 1) при столкновении +-мезона (с энергией 12 Гэв) с ядром дейтерия в реакции + + d > + ° + ° + p + + + -. Согласно законам сохранения барионного заряда В и (в сильном взаимодействии) странности S, рождение антибариона (В = -1) на дейтроне (В = +2) сопровождается рождением трёх барионов: °, °, р (странность системы в начальном состоянии определяется странностью + и равна S = +1). Распады образовавшихся частиц происходят в результате слабого взаимодействия с изменением странности на 1. Один из возникших ° распадается (в точке 2) на р и -, а другой ° выходит из камеры, не успев распасться (однако его наличие подтверждается законом сохранения энергии и импульса); антигиперон распадается (в точке 3) на антилямбда-гиперон ° и +; ° распадается (в точке 4) на антипротон P и +, P (в точке 5) аннигилирует с протоном, образуя несколько -мезонов.
0238055656.tif
Рис. 2. Фотография (а) и схематическое изображение (б) случая рождения и распада —-гиперона в пузырьковой камере, наполненной жидким водородом. Гиперон — рождается (в точке 1) при столкновении — -мезона с протоном в реакции — + p > — + + + °, которая обусловлена сильным взаимодействием и разрешена законом сохранения странности S (в начальном и конечном состояниях S = -1). Распады образовавшихся частиц происходят в результате слабого взаимодействия с изменением странности на 1: — > ° + - (в точке 2); ° > ° + ° (в точке 3), причём °, имеющий малое время жизни, распадается практически в той же точке 3 на два -kванта, ° > 1 + 2, которые рождают электронно-позитронные пары e+, e–; ° > p + - (в точке 4). Треки частиц искривлены, так как камера находится в магнитном поле.
|
| Орфографический словарь Лопатина |
| гипер`оны, гипер`оны, -ов, ед. -р`он, -а |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: ГИПЕРОНЫ
будет выглядеть так: Что такое ГИПЕРОНЫ
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
