Сохранение странности

Изначально странность была введена для объяснения такого факта, что некоторые частицы, такие, как каоны или некоторые гипероны, всегда рождаются парами. Предполагалось, что в ходе таких реакций сохраняется некая величина — странность.

Странность сохраняется при сильном и электромагнитном взаимодействии, но не при слабых взаимодействиях. Следовательно, самые легкие частицы, содержащие странный кварк, не могут распадаться под действием сильного взаимодействия, и их аномально долгие в этом случае,странные времена жизни привели к их названию. В большинстве случаев странность меняется в ходе реакции на 1. Однако это необязательно выполняется в случае слабого взаимодействия второго порядка, где существует смесь из   и   мезонов.

Зарядовые мультиплеты.(ничего толкового небыло) Гипотеза эта представляет очень большой интерес, так как в случае ее справедливости зарядовая независимость ядерных сил должна обнаруживаться в самых разнообразных явлениях, имеющих отношение к сильным взаимодействиям. Поэтому очень важно обосновать эту гипотезу экспериментально. Заметим, что существование зарядовых мультиплетов среди ядер-изобар, конечно, можно рассматривать как одно из многочисленных следствий этой гипотезы. Из существования зарядовых мультиплетов, строго говоря, не следует зарядовая независимость ядерных сил, так как в принципе их существование может быть следствием каких-либо других причин. Выражаясь математическим языком, наличие зарядовых мультиплетов среди ядер-изобар является необходимым, но не достаточным условием справедливости гипотезы зарядовой независимости ядерных сил. 

Гипотеза эта представляет очень большой интерес, так как в случае ее справедливости зарядовая независимость ядерных сил должна обнаруживаться в самых разнообразных явлениях, имеющих отношение к сильным взаимодействиям. Поэтому очень важно обосновать эту гипотезу экспериментально. Заметим, что существование зарядовых мультиплетов среди ядер-изобар, конечно, можно рассматривать как одно из многочисленных следствий этой гипотезы. Из существования зарядо вых мультиплетов, строго говоря, не следует зарядовая независимость ядерных сил, так как в принципе их существование может быть следствием каких-либо других причин. Выражаясь математическим языком, наличие зарядовых мультиплетов среди ядер-изобар является необходимым, но не достаточным условием справедливости гипотезы зарядовой независимости ядерных сил

Гиперзаряд. ГИПЕРЗАРЯД (Y) - одна из характеристик адронов, принадлежащих заданному изотопическому мультиплету, определяющая отклонение величины электрич. заряда (Q)каждого адрона мультиплета от значения третьей проекции изотопического спина (I₃). Это свойство Г. находит отражение в ф-ле Гелл-Мана - Нишиджимы:   _ . Поскольку для каждого изомультиплета  , можно также сказать, что  , где <Q> - ср. электрич. заряд частиц данного изомультиплета. Через внутр. квантовые числаадронов Г. выражается след. образом: Y=В+S+С-b+t, где В - барионный заряд, S - странность, С - очарование, b - красота, t - аддитивное квантовое число, связанное с t-кварками.

Иногда при описании кварков и лептонов, классифицируемых по значениям слабого изоспина  , используется термин слабый гиперзаряд  .Он играет ту же роль в обобщений ф-лы Гелл-Мана - Нишиджимы:   , что и обычный Г., однако, в отличие от последнего, слабый Г. является источником калибровочного поля, участвующего в электрослабом взаимодействии. Значения  связаны со знаком спиральности лептонов и кварков. Для всех поколений левых (L)лептонов  =-1 (т. к.  ), для всех поколений левых кварков   ; для правых (R)лептонов и кварков всех поколений  =2Q (т. к.  =0). А. А. Комар.

48. Четность. Несохранение четности в слабых взаимодействиях. Комбинированная четность. Нейтрино Чётность, квантовомеханическая характеристика состояния физической микрочастицы (молекулы, атома, атомного ядра, элементарной частицы), отображающая свойства симметрии 

К ст.Чётность.

этой микрочастицы относительно зеркальных отражений. В процессах, обусловленныхсильными взаимодействиями иэлектромагнитными взаимодействиями, имеет место закон сохранения Чётность: физическая система, обладавшая в начальном состоянии зеркальной симметрией определённого типа, сохраняет эту симметрию во все последующие моменты времени. Сохранение Чётность приводит к рядуотбора правил в электромагнитном излучении атомов и атомных ядер, в ядерных реакциях и в реакциях взаимопревращений элементарных частиц.

  Закон сохранения Чётность можно продемонстрировать на примере Зеемана эффекта. При наложении магнитного поля интенсивность излучения отдельных спектральных линий остаётся симметричной относительно плоскости, перпендикулярной полю, хотя и перестаёт быть одинаковой во всех направлениях. Излучение вдоль поля такое же, как и в противоположном направлении. Если представить себе установку для наблюдения эффекта Зеемана в виде кругового проводника с током и с образцом, помещенным в центре круга, то зеркальная симметрия этой установки становится очевидной, но лишь при условии, что все элементарные частицы, из которых состоит установка, обладают зеркальной симметрией. Т. о., закон сохранения Чётность основывается на допущении, что электроны, протоны и другие частицы переходят в себя при зеркальном отражении.

  Вместо зеркальной симметрии относительно плоскости удобнее рассматривать операцию инверсии координатных осей, r ® —r (или х ® —х, у ® —у, z ® —z) (см. Пространственная инверсия).

  Законом сохранения Чётность определяются трансформационные свойства физических величин при инверсии координатных осей. Так, из допущения о том, что заряженная частица, например электрон, при инверсии переходит сама в себя, следует, что электрический заряд q есть скаляр, плотность тока j и напряжённость электрического поля Е — истинные (полярные) векторы, а напряжённость магнитного поля Н —аксиальный вектор (псевдовектор): q ® q", j ® —j", Е ® —Е", Н ® Н".

  В слабых взаимодействиях, обусловливающих, в частности, бета-распад ядер, закон сохранения Чётность нарушается. Такое нарушение было предсказано в 1956 Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нином и подтверждено экспериментально в 1957 Ву Цзянь-сюн с сотрудниками в b-распаде ядер, а также американскими физиками Л. Ледерманом, Р. Гарвином и др. в распаде мюона. Чётность не сохраняется также в распадах заряженных пи-мезонов, К-мезонов и гиперонов. Советскими физиками Ю. Г. Абовым и др., а также В. М. Лобашёвым обнаружено слабое несохранение Чётностьпри нуклон-нуклонных взаимодействиях.

  На рис. изображена принципиальная схема опыта Ву. Образец, содержащий радиоактивный изотоп ⁶⁰Co, помещен в магнитное поле Н кругового тока. Поле Н ориентирует вдоль поля сравнительно большие по величине магнитные моменты ядер ⁶⁰Со. Маленькой стрелкой указано направление скоростей электронов внутри проводника. Как и в эффекте Зеемана, вся система зеркально симметрична относительно плоскости, в которой течёт круговой ток. При выполнении закона сохранения Чётность интенсивность излучения электронов (е^¾) при электронном (b-распаде должна быть одинаковой по обе стороны этой плоскости. В эксперименте же наблюдалась резкая асимметрия: по одну сторону плоскости испускалось на 40% больше электронов, чем по другую. Из опыта Ву следует, что напряжённость магнитного поля не аксиальный, а полярный вектор. Это не противоречит уравнениям электродинамики, если одновременно принять, что плотность тока и напряжённость электрического поля — аксиальные векторы, а электрический заряд — псевдоскаляр. Псевдоскалярность заряда означает, что при зеркальном отражении электроны переходят в позитроны (е⁺) и вообще все частицы — в соответствующие античастицы. Возможность такой трактовки отражений была указана американскими учёными Э. Вигнером, Г. Виком и А. Уайтменом ещё в 1952. Зеркальное отражение, сопровождающееся заменой всех частиц на античастицы, Л. Д.Ландау назвал комбинированной инверсией. Допущение о симметрии законов природы относительно комбинированной инверсии выражается законом сохранения комбинированной чётности. При замене закона сохранения Чётность на закон сохранения комбинированной Чётность схема опыта Ву перестаёт быть зеркально симметричной, т.к. зеркальным отображением этого опыта (рис.) будет позитронный бета-распад ядра антикобальта,



(состоящего из антипротонов и антинейтронов), в магнитном поле кругового тока позитронов. Т. к. заряд позитрона положителен, то при том же направлении движения носителей заряда знак тока изменится, что приведёт и к изменению знака магнитного поля (Н’).

  Т. о., закон сохранения Чётность является приближённым, справедливым лишь в пренебрежении слабыми взаимодействиями. С такой же точностью справедлива традиционная трактовка (Н — аксиальный вектор и т.д.) трансформационных свойств электромагнитных величин относительно инверсии координатных осей.

  В квантовой теории Чётность состояния системы из n частиц определяется как собственное значение оператора инверсии Р. Действие оператораР на вектор состояния Y (p₁,..., pn) состоит в изменении знаков импульсов p_i частиц и в умножении на произведение П₁... П_n внутренних чётностей частиц. Внутренняя Чётность — неотъемлемое свойство частицы и равна либо +1, либо —1. Частицы, для которых П_к = 1, называются чётными, а частицы, у которых П_к = —1, — нечётными. Внутренняя Чётность пи-мезонов отрицательна. Внутренние Чётность античастиц с полуцелым спиномпротивоположны Чётность соответствующих частиц. Оператор Р не действует на проекции спинов и на заряды. Собственные значения оператораР равны ± 1. Состояния с Р = 1 называются чётными, а с Р = —1 — нечётными.

  Из определения Чётность вытекают правила для установления Чётность физических систем из нескольких частиц: 1) Чётность системы nчастиц с орбитальными моментами

,..., 

равна

П₁... П_n

  (здесь   — постоянная Планка, l_i — целые числа); 2) Чётность П₁₂ сложной системы, состоящей из двух подсистем с Чётность соответственно П₁, П₂, равна П₁₂ = П₁П₂(—1) ^L, где   — орбитальный момент относительного движения подсистем.

  У квантов электромагнитного поля не существует ни внутренней Чётность, ни орбитального момента. Чётность кванта электромагнитного излучения (фотона) определяется его мультипольностью (см. Мультиполь). Чётность электрического 2l-поля равна (—1) ^l, а Чётность магнитного 2l-поля равна (—1) ^l+1. Поэтому Чётность физ. системы сохраняется при испускании или поглощении электрического мультипольного кванта с чётным l или магнитного мультипольного кванта с нечётным l и изменяется на противоположную при испускании или поглощении электрического (магнитного) мультипольного кванта с нечётным (чётным) l. Правила отбора по Чётность при электромагнитном излучении атомов и ядер возникают за счёт того, что при одинаковой мультипольности и прочих равных условиях магнитное излучение значительно слабее электрического. Отношение вероятностей магнитного и электрических излучений имеет порядок (2pR/l)², где R — линейный размер излучателя, l — длина волны излучаемого кванта. Это отношение и для ядер, и для атомов, как правило, значительно меньше единицы, так что правила отбора по Чётность проявляются достаточно резко.

  Закон сохранения Чётность (называемый также Р-инвариантностью) формулируется как сохранение величины Р при сильных и электромагнитных взаимодействиях.

  Понятие внутренней Чётность частицы, а тем самым и Чётность состояния, содержит некоторую степень неоднозначности, связанную с невозможностью сравнить между собой Чётность состояний, различающихся значениями хотя бы одного из сохраняющихся зарядов — электрического, барионного и др. Поэтому, в частности, Чётность вакуумного состояния, Чётность протона, нейтрона, электрона произвольны и могут быть выбраны положительными. Но уже, например, Чётность пи-мезона, позитрона, антипротона станут при таком выборе строго определёнными (отрицательными).

  С понятием Чётность тесно связан фундаментальный вопрос о симметрии реального пространства относительно зеркальных отражений. Методами теории групп доказывается, что если пространство обладает зеркальной симметрией, то должны строго выполняться либо закон сохраненияЧётность, либо инвариантность при комбинированной инверсии. Экспериментально установлено нарушение обоих этих законов при слабых взаимодействиях. Поэтому есть основание считать, что либо пространство не обладает симметрией между правым и левым, либо эта симметрия нарушается в определённых типах взаимодействий (например, приводящих к распаду т. н. долгоживущего нейтрального К-мезона,   ® 2p).