Экспериментальная физика частиц ФИАН / lecture-2-isotop-spin
.pdf
|
“V particle”: particles that are produced |
|
in pairs and thus leaves a ‘V’ trial in a |
Обнаружено: |
bubble chamber picture |
|
1.Большое сечение парного рождения
2.Большое время жизни
Strange Particles |
Isospin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
+1 |
K |
(su) K |
|
(sd ) |
|
|||
|
-1 |
K 0 (sd ) K (su) |
“Strangeness” |
||||||
mK ~ 494 MeV/c2 |
|
-1 |
|
+1 |
|
|
|||
Нет странных частиц легче каонов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Их распады должны нарушать “strangeness” Сильное взаимодействие сохраняет
“strangeness”
Распад может проходить только за счет слабого взаимодействия
Hadronic decays: |
|
|
|
Semi-leptonic decays: |
|
leptonic decays: |
|||||||||||||||||||||||
|
K |
|
0 |
|
|
|
|
0 0 |
|
|
|
K |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
, , |
|
|
|
|
|
, |
|
e e |
|
|
|
, e e |
|||||||||||||||
|
K |
|
0 |
|
|
, |
0 0 |
|
|
|
K |
|
|
0 |
|
|
, |
0 |
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e e |
|
|
|
|
|
, e |
e |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
K |
0 |
0 0 |
0 0 0 |
, , |
0 |
|
|
K |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K 0 , e e |
|||||||||
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
, |
|
e e |
|
|
||||||||||||||
|
|
0 |
0 0 |
0 0 0 |
, , |
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
K , e e |
||||||||||||||||||
|
K |
|
, |
|
|
|
|
|
|
, |
|
e e |
|
|
|||||||||||||||
Hadronic and leptonic decays:
•particle and anti-particle behave the same
Semi-leptonic decays:
•particle and anti-particle are distinct from one another!
•“DQ=DS rule”
Странные частицы
Год |
Событие |
Современная |
|
|
интерпретация |
|
|
|
1943 |
Заряженная частица с M~500MeV |
K+ |
1947 |
0 -> + - ; V02 -> + - |
K0 -> + - |
1947 |
+ -> + neutral |
K+ -> + 0 |
1949 |
+ -> + + - |
K+ -> + + - |
1951 |
+ -> + neutral |
K+ -> + |
1950 |
V01 -> p - |
-> p - |
1953 |
V+1 -> p neutrals |
+ -> p 0 |
1953 |
+ -> n + |
+ -> n + |
1953 |
X- -> V01 - |
- -> - |
1952 Пайс высказал предположение, что странные частицы в сильных взаимодействиях рождаются парами (еще до экспериментального обнаружения)
Гелл-Манн ввел понятие «станность» - квантовое число сохраняющееся в сильных, но нарушаемое слабыми взаимодействиями
Странные частицы
S=0, |
I=1, |
B=0 |
+, -, 0 |
S=+1, |
I=1/2, |
B=0 |
K0,K+ |
S=-1, I=1/2, B=0 |
K-,K0 |
||
S=0, |
I=1/2, |
B=1 |
n, p |
S=-1, |
I=0, |
B=1 |
|
S=-1, |
I=1, |
B=1 |
- 0 + ( 0 -> 1955) |
S=-2, |
I=1, |
B=1 |
- 0 ( 0 -> 0 1959) |
Какие из реакций разрешены
- p -> K0 ; K0; + K- ; - K+ ; p K+ K0 ?
Формула Гелл-Манна – Нишиджимы:
Q = I3 + (B+S)/2
В слабых распадах разрешены переходы с S=1
1964 открытие бариона с S=-3
SU(3) Flavour symmetry
Удобно расширить изоспиновую симметрию SU(2), включив еще и странные частицы SU(3)
Уже сама симметрия изоспина -- неточная симметрия, а новая SU(3) flavour сильно нарушена (массы каонов и пионов отличаются в 4 раза)
Зато можно выстроить имеющиеся мезоны и барионы в семейства
Еще более полезно это упражнение проделывать с возбужденными частицами
Модель Ферми-Янга-Сакаты
Ферми и Янг предлжили рассматривать мезоны как связаные состояния нуклон-антинуклона:
+ =‒(pn), - = (np), 0 = 1/ 2 (pp-nn)
Сейчас мы знаем, что это не так, но эта идея была предвестницей кварков!
Саката обобщил идею на странные частицы
K0 =( n) ; K+ = ( p)
А что такое тогда - , 0 , + , - , 0 ?
В начале 50 годов открыты много резонансов, например, :
++ -> p + ; + -> p 0 ; 0 -> p -; - -> n -
А что такое тогда ++ , + , 0 , -?
Идея помогает уменьшить разросшееся число частиц до минимума (3), но не объясняет какая сила связывает нуклонантинуклоны...
K0 – K0 смешивание
Гелл-Манн и Пайс (1952) рассматривали оператор зарядового сопряжения по отношению к К0
А как нам быть с K0 – K0 системой?
С точки зрения сильного взаимодействия это разные частицы.
С точки зрения слабого взаимодействия они неотличимы (по-крайней мере в их распаде на + -)
Раз существуют переходы с S=1, то должны возникать переходы и с S=2 (в следующем порядке разложения по теории возмущений)
Значит, уровни расщепляются и массовым состоянием будет
не K0 – K0, а их смесь: |
|
|
|
|
К = 1/ 2 (K0 |
+ K0) и К = 1/ 2 (K0 |
|
|
|
- K0) |
||||
1 |
2 |
|
|
|
Теперь К1 и К2 |
уже собственные состояния оператора |
|||
зарядового сопряжения (проверить)
Тогда, если зарядовая четность сохраняется в слабых распадах (это не так, но кто же знал в 1952?), то К2 распадаться на + -
не может (проверить), а может распадаться на + -
Время жизни К2 должно быть большим!
Обнаружение долгоживущего K0
K1 and K2 are their own antiparticle, but one is CP even, the other CP odd:
Only the CP even state (K1) |
|
|
can decay into 2 pions |
|
|
(which are CP even) |
Phys Rev 103,1901 (1956) |
|
The odd K2 state will decay |
||
|
||
into 3 particles instead |
|
|
( , , e ,…). |
|
There is a huge difference between K0 and K0
in phase space (~600x!). So the CP even state will decay much faster