3. Странные частицы и понятие странности.

В 1947 г. Рочестер и Батлер первыми наблюдали так называемые V-частицы. Последующие наблюдения показали, что обнаруженные частицы демонстрируют «странную» особенность поведения – они всегда рождались парами, хотя не являются частицей и античастицей. Так, например, при столкновении двух протонов происходила реакция

р+рр+⁰+К⁺,

в которой рождались две странные частицы - ⁰-гиперон+К⁺-мезон. При этом рождались они явно в результате сильного взаимодействия, о чём свидетельствовало сечение их образования. Но образовавшиеся в результате сильного взаимодействия частицы затем распадались на мюоны, нуклоны, пионы и нейтрино

⁰ ^-+р, К⁺ ⁺+_

⁰ ⁰+n, К⁺ ⁰+ ⁺,

причём распадались они явно не в результате сильного взаимодействия; о чём говорило время их распада ~10^-10c, характерное для слабого взаимодействия, и на порядки превышающее время сильного взаимодействия 10^-22-10^-23с. «Странное» поведение!

Для того чтобы объяснить такое поведение странных частиц, было высказано предположение, что странная частица является носителем ещё одного квантового числа, которое было названо странность, и сформулирован ещё один закон сохранения. Странность сохраняется в сильных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых. Это позволило сразу объяснить и парное рождение странных частиц в результате реакции сильного взаимодействия, и большое время их жизни в результате распада, происходящего за счёт слабого взаимодействия. Среди вновь открытых странных частиц оказались частицы, имеющие массу больше массы нуклона. Эти частицы были названы гиперонами. К ним относятся ⁰, ⁰, ^-, ⁺, ⁰, ^-, ^-. Сходство гиперонов с нуклонами состоит в том, что все гипероны превращаются в конечном итоге в результате распада в нуклоны. Это послужило основанием формулировки нового закона –закона сохранения барионного заряда.

По определению–странность положительного каона К⁺ принимается равной +1. S(K⁺)=+1.

Так как реакция ^--+рn+K^-+K⁺ идёт с эффективным сечением, характерным для адронных взаимодействий, где странность сохраняется, то поэтому следует положить S(K^-)= -1.

Реакции р+nр+^-+К⁺ и р+ K^-⁰+^-0 позволяют приписать странность -1 гиперонам ⁰ и ^-.

Реакция р+K^-^-+К⁺ даёт S=-2 для ^- и т.д.

Появление столь значительного количества частиц заставило физиков выработать следующую терминологию для их классификации.

• Нуклоны и более тяжёлые частицы, распадающиеся на нуклоны, называются барионы и характеризуются таким квантовым числом как барионный заряд В.

• Тяжёлые «странные» барионы называются гиперонами и обычно обозначаются Y.

• Пионы и другие сильновзаимодействующие частицы с массами, промежуточными между пионами и барионами, называются мезоны.

6. Кварки

К середине шестидесятых годов ХХ в. число обнаруженных сильнодействующих элементарных частиц -адронов- перевалило за 100. Возникла уверенность, что наблюдаемые частицы не отражают предельный элементарный уровень организации материи. В 1964г. независимо друг от друга М. Гелл-Манн и Д. Цвейг предложили модель кварков-частиц, из которых состоят адроны. Эксперименты по рассеянию электронов и пионов на нуклонах показали, что нейтрон и протон, в отличие от лептонов, имеют сложную структуру. Поэтому гипотеза о новых фундаментальных частицах, из которых можно строить адроны, казалась вполне правдоподобной. Однако, для того чтобы объяснить наблюдаемые свойства адронов (наличие систематики по полным моментам и изотопическому спину), кваркам пришлось приписать довольно необычные свойства. Описанием этих свойств мы займёмся ниже.