3012

Если барионам (то есть нуклонам и гиперонам) присвоить барионный заряд (барионное квантовое число) В 1 , антибарионам — барионный заряд В 1 , а всем остальным частицам — барионный заряд В=0, то для всех процессов, протекающих с участием барионов и антибарионов, будет наблюдаться сохранение барионного заряда, подобно закону сохранения электрического заряда.

Существуют адроны, весьма близкие по своим физическим свойствам, объединяемые в группы, называемые изотопическими мультиплетами (дублетами, триплетами и т. д.). Они одинаковым образом участвуют в сильных взаимодействиях, имеют приблизительно одинаковые массы, один и тот же барионный заряд, спин и др., но отличаются друг от друга электромагнитными характеристиками (электрическим зарядом и магнитным моментом). Если бы не было электромагнитного и слабого взаимодействий, то все свойства частиц внутри мультиплета были бы одинаковыми. Так объединяются в изотопический дублет протон и нейтрон. Эти две частицы рассматриваются как различные квантовые состояния одной и той же частицы - нуклона. Существуют изотопические триплеты,

например ( , , ), ( , , ), а также мультиплеты. Существуют иодиночныечастицы(синглеты),напримерΛ-гиперон.

Эта формула аналогична формуле, определяющей число возможных проекций углового момента (спина) на избранное направление (2S 1). Подобно S число T называется изотопическим спином мультиплета. Отдельным частицам мультиплета припи-

сываются различные значения Tz - проекции изотопического спина Т на ось Z, произвольно выбранную в воображаемом

231

изотопическом пространстве. При заданном изоспине Т проекция

z

соответственно.

С изотопическим спином связан закон сохранения. Этот закон заключается в том, что изотопический спин сохраняется при сильных взаимодействиях, но нарушается в электромагнитных и в других взаимодействиях. При электромагнитных взаимодействиях сохраняется только Tz , сам же изоспин Т не сохраняется. Слабые взаимодействия протекают, как правило, с изменением изоспина Т.

Изучение Κ-мезонов и гиперонов показало, что они обладают весьма необычными свойствами. Необычность их свойств, прежде всего, состояла в том, что они рождаются за счёт сильных взаимодействий, а распад их за счёт слабых взаимодействий. Так же было установлено, что Κ-мезоны и гипероны рождаются парами, одиночное рождение исключается. По совокупности этих и других свойств Κ-мезоны и гипероны были названы странными частицами. Для странных частиц характерны большие времена жизни, по сравнению сядернымвременем.

Для количественного описания парного рождения и истолкования относительно большого времени жизни странных частиц было введено квантовое число S, которое было названо странностью. Странность S аддитивна, в сильных и

232

электромагнитных взаимодействиях она сохраняется ( S 0), а в слабых может меняться на ±1 ( S 1).

Странные частицы рождаются в сильных взаимодействиях, а, так как при этом странность не меняется, то странные частицы могут рождаться только парами частиц с противоположными странностями.

В процессах распада странных частиц меняется странность продуктов распада. Это указывает на то, что эти процессы не вызываются сильными и электромагнитными взаимодействиями. В противном случае странность не менялась бы. Значит за распад странных частиц ответственны слабые силы.

Вместо странности S часто используют гиперзаряд Y, определяемый соотношением Y B S и обладающий теми же свойствами, что и странность (при В=0, Y=S).

Странность можно связать со средним электрическим зарядом <Q> частиц, образующих изотопический мультиплет, и барионным зарядом В частицы:

S 2 Q B .

Рассмотрим примеры процессов разрешённых и запрещённых законом сохранения странности (см. таблицу).

Итак, к числу запрещённых относятся процессы 2, 4 и 5.

5.333. Укажем причины, запрещающие следующие процессы:

странности (см. пример 2 задачи 5.332).

3.Κ + n Ω + Κ +Κ°. Не выполняется закон сохранения электрического заряда: Q 1 0 1 1 0.

4.n+p Σ +Λ°. Нарушается закон сохранения странности:

S 0 0 1 1.

5. +е + е (лептоны): L 0 1 1 1.

234

отношению к поляризации электронных и мюонных нейтрино.

5.334-5.336. Сначала приведём табл. 1 и 2, содер-жащие значения основных квантовых чисел для интересующих нас частиц и некоторых кварков.

235

Исходя из аддитивности квантовых чисел Q, B, S и их значений для кварков, достаточно легко установить кварковый состав частицы (см. табл. 3). Заметим, что состав какой-либо частицы зависит от взаимной ориентации спинов кварков, образующих частицу.

Таблица 3

236

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В пятой части учебного пособия «Практика решения задач по физике» даны решения задач по вопросам квантовой теории электромагнитного излучения, волновых свойств частиц, физики атома, молекулы и атомного ядра. Все задачи, решения которых представлены в пособии, заимствованы из сборника И.Е. Иродова «Задачи по общей физике».

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Иродов И.Е. Задачник по общей физике/ И.Е. Иродов.- Лаб. баз. знан. физ. – мат. лит., 2002, 431с.

2.Иродов И.Е. Квантовая физика/ И.Е. Иродов.-М.-С.-П., физ.

– мат. лит., 2002, 271с.

3.Савельев И.В. Курс общей физики/ И.В.Савельев –М.:

Наука, 1982, т. 3, 304с.

4.Сивухин Д.В. Общий курс физики.Ч.2 Ядерная физика/ Д.В. Сивухин.-М: Наука, 1989, 415с.

5.Вихман Э. Квантовая физика. пер. с англ., / Э. Вихман.- М:

Наука, 1977. Т. IV, 414с.

237

ОГЛАВЛЕНИЕ

238

Учебное издание

Евсюков Василий Афанасьевич Показаньева Светлана Александровна Татьянина Елена Павловна

ПРАКТИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ

Часть 5

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

В авторской редакции

Подписано к изданию 12.04.2013. Объем данных 2,8 Мб.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14

239