Пример

Протон, поглощая фотон, переходит в + .

Определить тип, мультипольность и энергию фотона.

Протон р и + имеют массы

mp =938,3 МэВ/c2, m + =1232 МэВ/c2

и спины-четности J P ( p) =1/ 2+ , J P ( + ) =3/ 2+.

Характеристики фотона получаются из законов сохранения полного момента количества движения и четности (процесс электромагнитный):

Поэтому, рассматриваемый в задаче процесс осуществляется М1 и Е2-фотонами.

Энергия фотона

Eγ = m + c2 −mpc2 = (1232 −938) МэВ≈ 300 МэВ.

Пример

Определить относительный орбитальный момент p и π+ , образующихся при распаде

+ → p +π+.

Законы сохранения момента количества движения и четности для рассматриваемого распада имеют вид

J ( + ) = J ( p) + J (π+ ) +l P + = Pp Pπ+ (−1)l .

Учитывая, что J ( + ) = 3/ 2, J ( p) =1/ 2 и J (π+ ) = 0

из первого уравнения имеем l =1 или 2. Так как

внутренние четности участвующих частиц следующие: P + = +1, Pp = +1 и Pπ+ = −1, то второе

уравнение оставляет единственную возможность l =1.

Вопрос

Какими методами можно определить массы

•заряженного пиона,

•нейтрального пиона,

•(1232)-резонанса,

•Ω−-частицы?

резонанс

как возбужденные состояния нуклона. По сравнению с

рn

Основные каналы распада -резонансов

Низкорасположенные нуклонные резонансы в основном распадаются по каналу (n или p) + π . Каналы распада -резонанса показаны на рис. Эти каналы составляют > 99% всех

возможных распадов.

Поскольку резонансы распадаются за счёт сильного взаимодействия, сохраняющего изоспин и его проекцию, то, пользуясь изоспиновой инвариантностью, можно установить изоспин этих резонансов. Изоспины нуклона и пиона равны соответственно 1/2 и1. Отсюда следует, что изоспин системы

пион-нуклон можетравняться либо1/2, либо3/2. Система π − p имеет

проекцию изоспина I3=1/2. Такую проекцию можетиметь как изоспин I=3/2, такиI=1/2. Поэтомупри взаимодействии π − p наблюдаются как состояние I=3/2, так и состояние I=1/2. Система π + p имеет

изоспиновую проекцию I3=3/2. Поэтому в реакции π + p

наблюдается только состояние с I=3/2. Следовательно, все резонансы, которые наблюдаются в сечении π + p , имеют изоспин I=3/2, а те резонансы, которые наблюдаются в сечении π − p, но в сечении π + p отсутствуют, имеют изоспин I=1/2.

Нуклонный резонанс N(1650)

Нуклонный резонанс N(1650) распадается на Λ-гиперон и K + -мезон

N(1650) → Λ(1116) + K + (494).

u u

проекцию I =I3 = 0. Так как распад происходит в результате

сильного взаимодействия, сохраняющего изоспин и его проекцию, то изоспин K + -мезона I(K + ) = 1/2, а I3 (K + ) = +1/2.

Аналогично были установлены значения изоспинов и их проекций для остальных K-мезонов (K − ,K 0 и K 0 ). У всех он

оказался равным 1/2. Квартет K-мезонов распадается на два изодублета ( K 0 ,K + и K − ,K 0 ), связанных друг с другом

преобразованием частица-античастица.

Электромагнитные

распадыадронов

Распады π0 → 2γ Σ0 → Λ +γ

Примерами электромагнитных распадов адронов являются распады нейтрального пиона и Σ-гиперона

π0 →2γ, Σ0 →Λ+γ

q γ

При превращении Σ0 -гиперона в Λ-гиперон происходит

изменение изоспина адрона.

I (Σ0 ) =1, I (Λ) = 0. .

Проекция изоспина сохраняется:

I3 (Σ0 ) = I3 (Λ) = 0.

Слабыераспады

адронов

Слабые распады адронов

происходят процессы, в которых изменяются квантовые характеристики адронов, сохраняющиеся в сильных и электромагнитных взаимодействиях. Так, например, только в

c → sd

Если бы в природе отсутствовали слабые взаимодействия, «странные», «очарованные», «прелестные» частицы были бы стабильны. Число стабильных изотопов возросло бы практически на порядок, так как β-распады происходят в результате превращения u ↔ d .

Стабильными частицами стали бы π ± -, K ± -мезоны, Λ,Σ,Ξ,Ω-гипероны. Окружающий

мир стал бы гораздо разнообразнее.

Странность S

Закон сохранения квантового числа s

В сильных и электромагнитных взаимодействиях квантовое число s сохраняется:

s = 0.

В слабых взаимодействиях s не изменяется или изменяется на единицу:

s = 0, ±1.

d d

Рождениеираспад Ω–-гиперона

K − + p → Ω− + K 0 + K +

•

π0

Рождениеираспад Ω–-гиперона

Ω− -гиперон образуется в пузырьковой камере в реакции

K − + p →Ω− + K 0 + K + (*)

Так как реакция происходит в результате сильного взаимодействия, странность сохраняется. Поэтому

рождение Ω− -гиперона со странностью s = −3

Распад Ω− происходит за счёт слабых сил, что

следует из его времени жизни 0.8 10−10 с. При этом не сохраняется ни странность, ни изоспин, ни его проекция. В процессе этого распада один из трёх странных кварков Ω− -гиперона превращается в u- кварк:

s → u + W − → u + u + d →струи,

В слабых распадах странность может изменяться не более чем на 1. Поэтому в результате распада

Ω− -гиперона происходит цепочка последовательных распадов с появлением в конечном состоянии стабильных частиц.

Каналыраспада Ω- гиперона

Распады K+ - мезона