Техника - молодёжи 1958-08, страница 40

протоном и нейтроном; физически они различаются по различию во взаимодействии с электромагнитным полем. Аналогия с настоящим электронным спином весьма тесная: изотопический спин нуклона также равен половине. Как н настоящий спин, изотопический спин имеет компоненты плюс половина и минус половина по отношению к данному направлению, которое называется направлением отсчета. В квантовой электродинамике принято относить частицу к такой системе координат, в которой ось Z совпадает с направлением внешнего магнитного поля. Следовательно, направление отсчета для изотопического спина также направлено вдоль оси z, а его проекции обозначаются через 1_г. Условились, что значение 1_г> равное плюс половине, относится к протону, а проекция 1₃» равная минус половине, описывает нейтрон. В математической теории Гейзенберга зарядовая независимость превращается в закон сохранения. При взаимодействии нуклонов полный изотопический спин сохраняется. Как это может быть строго показано, из этого утверждения вытекает равенство сил между протоном и протоном, нейтроном и нейтроном, а также между протоном и нейтроном. Следует особо подчеркнуть, что до сих пор у нас идея об изотопическом спине является просто некоторым формализмом. Она ничего не прибавляет к представлению о зарядовой независимости и является просто другим, удобным способом ее представления в математической форме.

jfyArniunAium

Когда Юкава объяснил возникновение ядерных сил, введя представление об испускании и поглощении пионов, изотопический спин приобоел несколько более широкий смысл. Английский физик Н. Кеммер указал на то, что это представление может быть применено также и к пионам. Он рассуждал следующим образом: ядерные силы, включающие в себя виртуальный обмен пионами, являются зарядово-независимыми. Поэтому пионы должны быть тоже зарядово-независимыми, и тогда к ним можно применить представление об изотопическом спине.

Здесь уместно напомнить, что пионы обладают всеми тремя зарядовыми возможностями: они бывают положительные, отрицательные и нейтральные. Тем самым они образуют зарядовый триплет, который, если бы было возможным изъять за-

ёяды, также «вырождался» бы в состояние неразличимости. | случае настоящего спина существование триплета означало бы, что спин частицы равен единице, поскольку в этом случае он может занимать три различных положения по отношению к направлению поля. Его z-компонентами являются плюс единица, ноль и минус единица. Логично приписать пиону изотопический спин, равный единице, и считать его компоненты по направлению отсчета (то есть величины 1₂) равными плюс единице, нулю и минус единице.

Группировка частиц в зарядовые дублеты или триплеты (которые носят общее название мультиплетов) дает удобный стенографический способ для их описания. Если мы скажем, что пион является триплетом, причем его средний заряд равен нулю, то отсюда сразу вытекает, что заряды пиона равны плюс единице, нулю и минус единице, изотопический Спин равен единице и что его проекции на направление отсчета Ь равны плюс единице, нулю и минус единице. Аналогично, если мы скажем, что нуклон является дублетом со средним зарядом плюс половина, то это значит, что его заряды равны нулю и

плюс единице, изотопический спин равен единице, а проекции спина I- равны плюс половине и минус половине. Как это можно понять из таблицы, антннуклоны образуют другой дублет со средним зарядом минус половина. Его изотопический спин равен половине, а проекции изотопического спина К равны минус половине и плюс половине.

Отметим, что представления об изотопическом спине и зарядовых мультиплетах дают нам еще одно различие между нуклонами и пионами. Нуклоны образуют дублет со средним зарядом плюс половина, а средний заряд пионов равен нулю.

Вот теперь мы можем вернуться к странным частицам. Очевидно, что прежде всего возникает вопрос о том, является ли их взаимодействие также зарядово-независимым и удовлетворяющим закону сохранения изотопического спина. Можно ли считать, например, что положительные сигма-частицы совершенно подобны отрицательным и нейтральным сигма-частицам, если отвлечься от различия в электрических свойствах? Представляется разумным предположить, что принцип зарядовой независимости можно применить к сильным взаимодействиям новых частиц, подобно тому, как это оказалось возможным сделать по отношению к сильным взаимодействиям типа Юкавы. Но это уже означает, что странные частицы представляют собой зарядовые мультиплеты. А если это так, то можно сделать общее предположение, что они могут быть классифицированы точно так же, как нуклоны и пионы. Это означало бы, что тяжелые странные частицы, по-видимому, должны быть связаны с нуклонами; они возникают из нуклонов и распадаются снова 'на нуклоны. Поэтому стали предполагать, что тяжелые частицы являются дублетами, обладающими изотопическим спином плюс половина и средним зарядом плюс или минус половина. К-частица, напротив, очевидно, принадлежит к пионам, поэтому было предположено, что она является триплетом с изотопическим спином, равным единице, и средним зарядом, равным нулю.

Пять лет назад один из авторов настоящей статьи (Гелл-Манн) и японский физик К. Нисидзима независимо пришли к мысли о том, что странные частицы могут вовсе и не следовать этой схеме. Более того, отступления от этой ожидаемой схемы как раз могут дать объяснение странному поведению этих частиц. Что касается автора настоящей статьи, то это открытие буквально сорвалось у него с языка. Однажды, обсуждая проблему тяжелых странных частиц, он сказал о них как о частицах, имеющих изотопический спин, равный единице, но затем поправился: «Я подразумевал, конечно, половину».

Но чем больше он думал по поводу этой «ошибки», тем более неясным становилось для него, действительно ли это ошибка? Откуда мы знаем, что тяжелые частицы действительно являются дублетами с изотопическим спином половина? Конечно, по всей видимости, частицы имеют отношение к нуклонам, и ради порядка и простоты всякому хочется верить в то, что они действительно связаны с нуклонами. Но если бы тяжелые частицы были членами этой семьи, то они были бы в непосредственном смысле странными членами. Может быть, именно в изотопическом спине и заключается их странность? Допустим, что тяжелые частицы вместо того, чтобы быть дублетами с изотопическим спином половина, как это имеет место в случае нуклонов, являются триплетами с изотопическим спином единица. Допустим, что R-частицы вместо того, чтобы быть триплетами, как пионы, являются дублетами (в то время таблица странных частиц только еще заполнялась экспериментаторами; не было еще даже известно, например, есть ли заряженные ламбда- и К-частицы).

Поразмыслив некоторое время над этой идеей, автор начал понимать, что в ней может содержаться такой закон сохранения, в котором мы нуждаемся, чтобы объяснить совместное рождение и удивительно большое время жизни странных частиц.

(Окончание следует)

Рис. Б. БОССЛРТА