Странныечастицы

В течение 10 лет, последовавших за открытием пиона в 1947 г., таблица элементарных частиц начала быстро

пополняться новыми элементарными частицами. За это время их было открыто свыше 30. Первыми из открытых частиц были K-мезоны или каоны, частицы с массой ~500 МэВ. Затем были обнаружены тяжелые частицы Λ и Σ. Была обнаружена странная особенность вновь открытых частиц — они рождались парами, хотя не были частицей и античастицей. По-видимому здесь была какая-то новая неизвестная закономерность. Так,

например, наблюдалась реакция

π− + p →Λ+K0

в которой рождались две странные частицы Λ-частица и K0-мезон. Образовавшиеся странные частицы затем распадались на нуклоны и пионы.

Λ → p +π − , K 0 → π + +π −

Вторая особенность поведения странных частиц — большое время жизни. В результате распада образуются сильно взаимодействующие частицы нуклоны и пионы. Поэтому казалось, что время жизни странных частиц должно быть ~10-22 – 10-23 сек. На самом деле их время жизни ~10-10 сек, что характерно для слабого взаимодействия. Для того, чтобы объяснить такое поведение странных частиц М. Гелл-Манн и Нишиджима высказали предположение, что странные частицы характеризуются новым неизвестным квантовым числом, которое было названо странность. Процессы в природе характеризуются ещё одним законом сохранения. Странность сохраняется в сильных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых взаимодействиях. Это позволило сразу объяснить и парное рождение странных частиц в реакции сильного взаимодействия и большое время жизни в результате распада, происходящего за счет слабого взаимодействия.

Резонансы.

Возбужденныесостояниянуклона

В начале 60 - х годов была открыта группа частиц, которая получила название резонансов. Резонансы — короткоживущие возбужденные состояния адронов, распадающиеся в результате сильного взаимодействия.

Характерное время жизни резонанса

10-22 – 10-24 с.

Впервые резонансы наблюдались в сечении взаимодействия π-мезонов с нуклонами.

Резонансы стали активно исследовать и открывать в связи с развитием метода водородных пузырьковых камер, в которых

Масса резонансной частицы m определяется из релятивистского инварианта,

m c 2 = ( E 2 − c 2 p 2 )1 / 2

E и p — суммарная энергия и суммарный импульс π-мезона и нуклона.

Максимумы в сечении (π-N) - рассеяния

интерпретируются как появление нестабильной частицы — резонанса с вполне определенными квантовыми характеристиками — массой, электрическим зарядом, спином, изоспином и др.

Лептоны

Лептоны — частицы, участвующие в слабых и электромагнитных взаимодействиях.

Три семейства лептонов составляют 6 частиц: три заряженных лептона

•электрон e−,

•мюон μ−,

•таон τ−

итри нейтральные частицы — нейтрино

•электронное нейтрино νe ,

•мюонное нейтрино νμ ,

•тау-нейтрино ντ .

Многочисленные эксперименты с участием лептонов обнаруживают, что существует общий принцип — число лептонов в замкнутой системе остаётся постоянным.

Лептонам приписывают лептонный заряд L,

равный +1 для лептонов, –1 для антилептонов и 0 — для всех остальных частиц. Подобно другим законам сохранения (энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда и др.) закон сохранения лептонного заряда никогда не нарушается.

Адроны

Подавляющее большинство частиц, открытых начиная с 1940 г., принадлежит к семейству адронов — частиц, сильно взаимодействующих друг с другом. Например, к этому семейству принадлежат хорошо известные частицы — нейтрон и протон. Большинство адронов нестабильно. В настоящее время открыто более нескольких сотен адронов. Они различаются массой, величиной электрического заряда, спином. Общим свойством, отличающим адроны от лептонов, является то, что адроны участвуют в сильных взаимодействиях в то время, как лептоны — только в слабых и электромагнитных. При наличии такого большого количества адронов стало необходимым построение схем классификации, связывающих адроны друг с другом. Так, например, принципиально различаются два класса адронов: барионы и мезоны. Вначале их различали только по массам. Так, например, к классу мезонов принадлежат π -мезоны и K -мезоны, имеющие

массу значительно меньшую, чем масса нуклона. В настоящее время открыты мезоны, имеющие массы больше массы лёгких барионов. Тем не менее, различие между барионными и мезонами сохранилось. Оказалось, что все барионы имеют сохраняющуюся величину, которой нет у мезонов. Эта величина — барионный заряд Барионы — это адроны с отличным от нуля барионным зарядом. Мезоны — адроны с нулевым барионным зарядом. Кроме того, все мезоны имеют целочисленный спин, в то время как у барионов спин полуцелый. Все эти различия наводят на мысль о том, что в отличие лептонов барионы являются составными частицами, имеющими внутреннюю структуру.

1963 Кварки

М. Гелл-Манн и Г. Цвейг предложили кварковую модель адронов. Барионы “конструировались” из трёх кварков, мезоны – из кварка и антикварка.

Нобелевская премия по физике 1969 г. – М. Гелл-Манн. За вклад и открытия в

классификации элементарных частиц и их взаимодействий

Кварки

В1964 г М. Гелл – Манн и Д. Цвейг независимо предложили модель кварков - частиц из которых состоят адроны. Для того чтобы объяснить наблюдаемые свойства адронов кваркам пришлось приписать довольно необычные свойства. Кварки должны иметь дробный электрический заряд 2/3 или -1/3. Барионы “конструировались” из трех кварков, мезоны из кварка и антикварка. Все обнаруженные до 1974 г. адроны можно было описать, составляя их из кварков трех типов - u, d, s. Каждой комбинации кварков соответствовала экспериментально наблюдаемая частица.

В1974 г. были открыты частицы, в состав которых входил четвертый с – кварк.

В1977 г. был открыт b – кварк.

В1995 г. был открыт t – кварк.

Все адроны состоят из комбинации этих шести кварков, и есть достаточно веские основания считать, что число кварков не должно быть больше шести.

Каждый кварк имеет квантовое число – цвет, которое может принимать три значения: красный, синий и зеленый. Это чисто условные названия, отражающие тот факт, что каждый кварк характеризуется квантовым числом цвет, имеющим 3 значения.