§8.11 Резонанстар

Күшті әсерлесетін бөлшектер әулеті (протондар, нейтрондар, және -мезондар, гиперондар), соңғы кезде орнықсыз бөлшектердің үлкен тобымен толықтырылды, олар резонанс немесе изобарлар деп аталады. Резонанс пен изобарлар, -мезондар мен гиперондарға өте ұқсас келеді, бірақ қасиеттері жағынан олардан өзгеше болады. -мезондар мен гиперондардың ыдырауы, әлсіз әсерлесу нәтижесінде де орындалады, ал резонанстар мен изобарлар тек күшті әсерлесу кезінде ғана ыдырайды. Сондықтанда олардың өмір сүру уақыты секундтан да аздау болады. Олай болса,

(8.10.1)

мұндағы, бөлшек энергиясы, өмір сүру уақыты. Қорытындылай келгенде, осы бөлшектердің меншікті массасының және меншікті энергиясының спектрінің енділігі үлкен болады.

Резонанс бірнеше күшті әсерлесетін бөлшектердің байланысқан күйін көрсетеді, олар өзара бірігу нәтижесінде күшті әсерлесу мағынасы жойылып, олар бірігіп жүйедегі бөлшектер біртұтас болып көрінеді.

Бірнеше мезондардың байланысқан күйін өте тар резонанс деп атайды. Бариондар мен мезондардың байланысқан күйін изобар деп атайды. Протондардың энергиясының белгілі бір мәндерінде резонанстың пайда болу ықтималдығы шұғыл өседі, нәтижесінде резонанс пайда болады. Күшті әсерлесу болатын кез келген топта резонанс пайда болады.

Бұрынырақ айтқанымыздай өмір сүру уақыты секундтан кем бөлшектер орнықты бөлшектер деп аталады. Ал орнықты емес бөлшектердің өмір сүру уақыты ыдырау тудыратын әсерге тәуелді болады. Егер ыдырау тудыратын күшті әсерлесу болатын болса, онда бөлшектің өмір сүру уақыты тым аз мөлшерде болады. Ал әлсіз әсерлесу өтетін ыдырау кезінде бөлшектің өмір сүру уақыты секунд және одан артық болады. Күшті әсерлесуден төменірек электромагниттік әсерлесу нәтижесіндегі ыдыраған бөлшектердің өмір сүру уақыты секундқа дейінгі аралықта болады.

Күшті әсерлесуден көптеген бөлшектер ыдырайды. Осы күшті әсерлескен бөлшектердің өмір сүру уақыты тым аз с шамасында болады. Олардың өмір сүру уақытының аздығы соншалықты, оларды тіркеп үлгергенше олар ыдырап үлгереді.

Ферми тәжірибесінде энергияларын белгі мөлшерде реттеп отыруға болатын -мезондар шоғының энергиясының тәуелділігінен байқауға болады.

§8.12 Қыңыр бөлшектер

Вильсон камерасында V-бөлшектер деп аталатын екі бөлшектің ізін, 1947 жылы Дж Рочестер және К. Бетлер байқап, ол іздің қалдырылуы бөлшектердің орнықсыз екендігін және олардың басқа жеңіл бөлшектерге ыдырап кететіндігін көрсетті. Бұл бөлшектердің біреуі нейтраль, ол зарядталған таңбасы қарама-қарсы екі бөлшекке ыдырайды. Осы нейтраль V-бөлшекті кейін К-мезон деп атады. Ол оң және теріс пиондарға ыдырайды. Екінші зарядталған V-бөлшек, ол массасы кішілеу зарядталған бөлшекпен нейтраль бөлшекке ыдырайды. Оны - мезон деп атаймыз. Бұл зарядталған және нейтраль пиондарға ыдырайды.

1953 жылы К. Коуэн массасы нуклон массасынан ауырлау зарядталған бөлшектің нейтраль бөлшекке және теріс пионға, одан соң нейтраль бөлшек теріс пион мен протонға ыдырайтынын байқады. Бұл процесс Ξ - гиперон деп аталатын ауыр бөлшектің екі сатылы ыдырауын түсіндірді.

Ξ +

Ыдырауы екі сатылығынан Ξ - кси бөлшекті кейде «каскадтық» гиперон деп атайды. Кейінірек ғарыш сәулесін зерттеу кезінде θ және - мезондар, Λ, , және - гиперондар табылды. Осы бөлшектердің массалары және өмір сүру уақыттары өлшеніп, олар өмір сүретіні анықталды. Олар ғарыш сәулелерінде пайда болады. Осы V- бөлшектер пиондар мен ядролармен күшті әсерлеседі, онда өмір сүру уақыты - секундпен шамалас болуы керек, бірақ олардың өмір сүру уақыты көптеген есе аз болады. Осы V- бөлшектердің пайда болу кезінде және одан әрі ыдырау кезінде осындай қайшылықтар оларды «қыңыр» бөлшектер деп атауға әкеп соқты.

Теория жүзінде қарастырғанда да барлық кезде қыңыр бөлшектер қосақталып пайда болады, сондықтан күшті әсерлесуге қыңыр бөлшектердің жұп саны кіреді. Осындай болғанда қыңыр бөлшектер жай бөлшектерге ыдырамайды.

Қыңыр бөлшектерді зертханада бастапқы энергиясы 1,5 Гэв болатын пиондар ағынын пайдаланып, қыңыр бөлшектің пайда болуын бақылады. Қыңыр бөлшектердің пайда болуы тәжірибеде дәлелденгенімен әлде де, бірқатар қайшылықтар шешуін таба алған жоқ. Ғарыштық сәулелерде оң К –мезондар, теріс К- мезондарға қарағанда неліктен көп мөлшерде артық болатыны түсіндіруге мүмкін болмады. Осылай бір-бірінен өзгеше болатын дәлелденбеген себептердің түсініксіздіктері болды.

Бұлардың барлығының жауабы, қарапайым бөлшектердің жаңа кванттық саны – қыңырлықты енгізгеннен кейін табылды.

Өткен ғасырдың ортасында, аз аралықта ашылған кейбір бөлшектердің (К, Λ және ∑ бөлшектері) екі жағдайда өздерін түрліше ұстайтыны байқалды. Біріншіден олар қосақталып пайда болады.

Бұл реакцияның өту ықтималдығы бірге жақын болса, ол

реакциясы ешуақытта бақыланбайды. Осы екінші реакция кезінде барлық сақталу заңы орындалады, реакция үшін энергия жеткілікті болады. Реакция күшті әсерлесу кезінде өтетін болса, олардың ыдырау уақыты күшті әсерлесуге сәйкес келмейді. Яғни күткен күшті ыдырау уақытының орнына, әлсіз әсерлесуге сәйкес келетін өмір сүру уақыт ( секунд) аралығында ыдырайды.

Осыған байланысты қыңырлық деп аталатын жаңа кванттық сан және жаңа сақталу заңы енгізіледі. Қыңыр бөлшектердің ыдырау ерекшелігін түсіну үшін қыңырлық күшті әсерлесулерде сақталады, ал әлсіз әсерлесуде сақталмайды деген болжам бар. Сақталу заңы қыңыр бөлшектерде жеңілдеу, ал қыңыр емес бөлшектерде күшті әсерлеседі нәтижесінде ыдырауға рұқсат бермеседе әлсіз әсерлесу есебінен орындалады.

Егер бөлшектерге S қыңырлық мәндерін беретін болсақ, онда антибөлшектің қыңырлығы бөлшектің қыңырлығына қарама-қарсы, яғни біреуінде S= +1, ал екіншісінде S= -1. Бірінші теңдіктегі S=0+0=0 ; ал екінші теңдікте S= +1-1=0; болады да қыңырлық сақталады.