Техника - молодёжи 1958-09, страница 33

М. ГЕЛЛ-МАНН и Е. РОЗЕНБАУМ

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ

(Окончание)

Cjjt/ufye/jifi

^WMtflLULWrWl

Напомним, что простым способом описания группы частиц является указание ее среднего заряда, а также мультнплетностн, то есть того, дублетом или триплетом является частица. Нуклон — дублет со средним зарядом плюс половина; пион — триплет со средним зарядом нуль и так далее. Допустим теперь, что среди тяжелых частиц имеется частица с изотопическим спином, равным иулю, н с нулевым зарядом (см. таблицу) (Частицы с нулевым спином имеют лишь одно возможное состояние и называются синглетами.) Может ли эта частица каким-либо образом оказаться нейтральной ламбда-частицей? Если да, то следует отметить, что средний заряд этого синглета равен нулю, что на половину единицы заряда меньше, чем средний заряд иуклонного дублета.

Первоначально мы ожидали, что все тяжелые частицы должны иметь средний заряд мультиплета, равный плюс половине. Следовательно, ламбда-частица «смещена» на минус половину единицы заряда. Быть может, это смещение служит важной физической характеристикой частицы, которая может объяснить ее «странность». Допустим, что это так. Введем тогда новую физическую величину и так и назовем ее странностью.

Из математических удобств мы определим странность как удвоенное значение смещения. Тогда странность нашей предполагаемой ламбда-частицы, определяемая как удвоенное значение смещения, равнгго минус половине, равна минус единице. (Странность нуклона, конечно, равна нулю. Среднее значение его заряда является той точкой, от которой отсчи-тывается смещение других тяжелых частиц.) Далее, мы можем ваметнть. что в нашей системе классификации мультиплетов антинуклоны образуют дублет, который является зеркальным изображением нуклониого дублета относительно линии нулевого заряда (см. таблицу). Следовательно, все другие тяжелые частицы могли бы также иметь античастицы в соответствующих мультиплетах. Соответственно этому, мы помещаем в нашу таблицу антиламбда-частицу, которая также расположена на нуле. Ее смещение равно плюс половине (от «норма\ьного» среднего заряда антинуклона) Следовательно, ее странность равна плюс единице.

Теперь мы хотим попробовать что-нибудь другое, скажем триплет со средним Зарядом нуль. Его странность была бы равна минус едннице. Если бы существовал такой триплет, то существовали бы три странные частицы — положительная, отрицательная и нейтральная, причем все они имели бы примерно одинаковые массы. Во время создания теории частиц такого триплета известно ие было. В настоящее время с открытием сигма-частиц он, очевидно, иайдеи. И снова мы должны ожидать соответствующий мультиплет античастиц.

Еще одна возможность состоит в том, что дублет тяжелых частиц смещен на целую единицу заряда, от плюс половины к минус половине, то есть обладает странностью, равной минус два. Это означает, что мы должны иметь пару частиц с зарядами минус единица и нуль. Мы теперь думаем, чго отрицательно заряженный член пары является кси-частицей (ксн-минус-частица). Нейтральный член (кси-нуль-частица) до сих пор еще не обнаружен, но успехи теории странных частиц в целом дают нам серьезные основания утверждать, что и эта частица будет обнаружена.

К-частицы относятся к категории дублетов, подобных нуклонам и антннуклонам. Это означает, что К-плюс-частнца и К-нуль-частица образуют один дублет со средним зарядом, равным плюс половине. Так как вти частицы объединяются с пионами, для которых «естественный» средний заряд равен нулю, то их смещение равно плюс половине, а странность — плюс единице. В этом случае К является частью дублета, образуе

мого второй нейтральной К-частицей, являющейся античастицей относительно К-иуль-частицы (ее обозначение: анти-К-нуль-частица). Среднее значение заряда этого дублета равно минус половине, его смещение — тоже минус половине, а следовательно. странность равна единице. Пион играет в мезонной группе ту же самую роль, какую играет нуклон в группе тяжелых частиц. Именно его средний заряд является той точкой, от которой отсчитывается странность частиц, так что его собственная странность равна нулю.

ifhcukm Частщ

Теперь мы можем приписать определенную странность всем сильно взаимодействующим частицам. Но в чем же соль всей этой операции? Ответ иа этот вопрос довольно прост. Оказывается, исходя из принципа зарядовой независимости, можно доказать, что во всех сильных и электромагнитных взаимодействиях странность частиц должна сохраняться. Другими словами, во всякой реакции, принадлежащей к двум указанным типам, полная странность частиц, вступающих в реакцию, должна быть равна полной странности частиц, являющихся продуктами реакции. Покажем, что этот закон сохранения может объяснить наблюдаемое поведение странных частиц.

Во -первых, с его помощью делается очевидным «объяснение» совместного рождения. Странные частицы возникают при столкновениях между обычными частицами. Странность последних равна нулю. Поэтому полная странность продуктов реакции тоже должна равняться иулю. Это и означает, что должны образовываться одновременно по крайней мере две частицы таким образом, чтобы их индивидуальные странности компенсировали друг друга. Рассмотрим случай, о котором мы уже упоминали: образование ламбда-частицы и нейтральной К-частицы при столкновении пиона и протона. Ламбда-частн-ца имеет странность минус единица, а К-иуль-частица — странность плюс единица; суммарная странность равна нулю.

Как мы уже видели ранее, совместное рождение объясняет, почему странные частицы не распадаются путем сильного взаимодействия. Но они должны быть освобождены и от распада в электромагнитных процессах, так как время их жизни лежит иа шкале времени слабых взаимодействий. Закон сохранения странности показывает, как странные частицы избегают распада как через электромагнитные, так и через сильные взанмо» действия. ♦*-

Мы можем пояснить, как это делает закон сохранения странности, только в самых общих чертах. Можно показать, что ' закон сохранения странности математически эквивалентен сохранению ^-компоненты изотопического спииа J_r Последняя "f величина является в значительной степени мерой заряда: для любого мультиплета чем больше тем больше заряд. (Например, нуклоиный дублет имеет значения J_;, равные минус половине и плюс половине, соответствующие зарядам нуль и единица; для пиониого триплета J- принимает значения минус единица, нуль и плюс единица, что соответствует зарядам минус единица, нуль, плюс единица и т. д.) Считается, что электромагнитные взаимодействия зависят только от величины заряда. Согласно общим положениям квантовой механики это означает, что такие взаимодействия должны оставлять неизменной величину Jг (которая является мерой заряда). Но сказать, что они сохраняют величину все равно, что сказать, что они сохраняют странность. Следовательно, отдельная . частица, странность которой отлична от нуля, не может рас-

28