книги из ГПНТБ / Богуш А.А. Элементарные частицы

153

издающихся и по законам сильного вза­ имодействия, т. е. за время порядка 10~23 сек, характерное для этих взаимодействий. И дей­ ствительно, такие частицы обнаружены и в большом количестве. Типичное время жизни таких частиц в несколько раз больше чем 10'23сшс. Все они образуются в процессах сильного взаимодействия.

При столкновении двух сильно взаимодей­ ствующих частиц, которое обычно длится не­ сколько меньше чем 10~23 сек, при определен­ ных энергиях наблюдались интересные явле­ ния, которые можно было бы истолковать как своеобразное слипание сталкивающихся час­ тиц на время в несколько раз большее. В те­ чение этого времени слипшееся образование ведет себя почти как нечто единое целое и может рассматриваться как некоторая неста­ бильная, весьма короткоживущая частица. Ее появление сопровождается резким, или, как говорят, резонансным увеличением числа со­ бытий рассеяния.

Под резонансом в физике обычно подразу­ мевается явление значительного увеличения амплитуды (размаха) колебаний, которое наблюдается, когда частота изменения внеш­ него воздействия совпадает с собственной частотой колебаний системы. Простым приме­ ром резонанса является увеличение амплитуды колебаний маятника под воздействием неболь­ шой, но действующей периодически силы, период которой в точности совпадает с пере­ ходом колебаний маятника.

Явления резонанса встречаются на каждом шагу в нашей повседневной жизни. Резонанс

154

Впервые резонансы были обнаружены еще

в1952 г. известным физиком Энрико Фер­ ми в процессах столкновений пи-мезонов высо­ кой энергии с протонами. Ферми исследовал вероятность того, что я-мезон будет вначале захвачен протоном и затем оторвется от него, т. е. вероятность процесса рассеяния я-мезо- нов на протоне. Оказалось, что при энергии я-мезонов, которая по теории относительности соответствует общей массе взаимодействую­ щих частиц примерно в 2476 электронных масс, вероятность данного процесса очень резко возрастала. Это свидетельствовало о

том, что в результате столкновения я-мезон и протон задерживаются друг около друга на время большее, чем то, которое обычно тре­ буется для их взаимодействия в процессе рас­ сеяния, как бы слипаются друг с другом, обра­ зуя частицу с массой 2476 электронных масс. Изотопический спин этой нестабильной части­ цы оказался равным 3/2, т. е. эта частица вхо­ дит в изотопический мультиплет из четырех образований такого рода. Эти четыре образо­ вания, соответствующие четырем проекциям изотопического спина 7 = + 3/2, + 72, —х!ч, —3/г. отличаются друг от друга значениями электри­ ческого заряда.

Вскоре с помощью более мощных ускори­ телей в том же процессе при более высоких энергиях были найдены три новых мультиплета резонансов с массами 3024 (Уг), 3376 (72 ) и 3840 (3/2) (в скобках указан 7-спин). Тогда, в 1952 г., никто и не думал, что исполь­ зование более совершенной и мощной экспери-

156

ментальной техники, новых ускорителей при­ ведет к тому обилию резонансов, которое мы имеем в наши дни. Никто не предполагал, что исследование и изучение резонансов займет такое место в физике элементарных частиц. В наши дни открытие все новых резонансов следует одно за другим. Оказалось, что на­ блюдается не только слипание барионов с ме­ зонами, т. е. образование барионных резонан­ сов, но и слипание мезонов друг с другом, что ведет к возникновению так называемых мезонных резонансов. У всех барионных резо­ нансов барионный заряд равен +1, они имеют полуцелый спин. Для мезонных резонансов ба­ рионный заряд равен 0, а спин выражается це­ лым числом.

Среди обнаруженных резонансов имеются такие, электрический заряд которых больше единицы. Примером тому может служить один из четырех открытых Ферми резонансов с изо­

Наряду с поисками новых резонансов ве­ дется кропотливая работа по определению и уточнению основных характеристик резонан­ сов, таких, как масса, спин, изотопический спин и др. Значительные экспериментальные трудности и невероятная сложность исследуе­ мых процессов не позволяют сразу делать категорические выводы о достоверности суще­

группа резонансов, о которых пока еще нельзя

157

сказать определенно, существуют они в дей­ ствительности или нет. Известны случаи, когда существование отдельных резонансов при более тщательной проверке не подтвер­ ждалось. В связи с этим трудно точно указать число всех известных на сегодняшний день резонансов.

По данным Международной конференции по физике высоких энергий в Дубне, общее

число элементарных частиц и резонансов, включая античастицы и все возможные заря­ довые состояния, определяемые значением изотопического спина частицы, составляло на август 1964 г. 195. Сюда входят 34 уже извест­ ные нам стабильные и метастабильные части­ цы (1 фотон, 8 лептонов, 7 мезонов, 9 барионов и 9 антибарионов), 83 твердо установленных резонанса (25 мезонных, 29 барионных и 29 антибарионных) и 78 резонансов, вопрос о су­ ществовании которых остается открытым. Сле­ дует иметь также в виду, что не все из 83 резо­ нансов, которые считаются твердо установлен­ ными, наблюдались непосредственно на опыте. Это в первую очередь касается 29 антибарион­ ных резонансов. Фактически в природе, кроме 33 частиц, включая Q~, наблюдалось примерно 50 резонансов.

Эти данные за последнее время, естествен­ но, несколько изменились. В табл. 3 приведены лишь адроны, существование которых твердо установлено и основные характеристики на­ дежно определены. При этом учтены уточне­ ния, полученные в течение года после Дубненской конференции.

158

159

Если мы будем теперь передвигаться по стро­ кам таблицы вправо, то обнаружим, что каж­

частиц ¿42 и т. д. Эти мультиплеты отличаются друг от друга значениями спина /, простран­ ственной четности Р и массы.

С другой стороны, если мы будем передви­ гаться сверху вниз, то увидим, что в графах таблицы объединяются изотопические мульти­ плеты с одинаковыми значениями / и Р, но различными наборами В, У и Т. Так, например, в случае мезонов в графе 0 у в которой собра­ ны частицы со спином 0 и отрицательной чет­ ностью, или так называемые псевдоскалярные мезоны, находим сннглеты ц (548) и А0 (958),

триплет я (137) и два дублета К (496) и К (496), т. е. всего пять изотопических мультипле-

но, если мы перейдем в нижнюю часть табли­ цы, где собраны барионы и барионные резо­ нансы, то в первой графе обнаруживаем известную уже нам группу из 8 барионов со

*В скобках после каждого символа частицы указыва­ ется ее ¡масса, выраженная в Мэе. Точнее говоря, здесь речь идет о средней массе частиц, входящих в данный изотопический мультиплет.

162