14.Каждая частица характеризуется средним временем жизни

τ, измеряемым в секундах. Для резонансов обычно указывается

ширина Γ, которая измеряется в энергетических единицах. Для нестабильных частиц в таблицах указываются также каналы (или моды) распадов и соответствующие им относительные вероятности, которые измеряются в процентах.

7.3. Лептоны

Лептоны (от греч. «лептос» – легкий) – это элементарные частицы, участвующие в слабых гравитационных взаимодействиях, а заряженные лептоны – еще и в электромагнитных взаимодей-

ствиях: электронное нейтрино νe , таонное нейтрино ντ , мюонное нейтрино νµ , электрон, µ -мезон (мюон), τ -мезон (таон). Их характеристики представлены в табл. 17.

Таблица 17

Характеристики лептонов

** время жизни / масса = с/МэВ

109

Каждый лептон имеет свою античастицу. Для электрона e− античастица – позитрон e+ , для µ− (мюона) – античастица µ+ , для τ− – это τ+ и соответственно три типа антинейтрино (νe , νµ , ντ ). Лептоны объединяются в три поколения (табл. 18).

Таблица 18

Поколения лептонов

Основные каналы распада лептонов следующие (в скобках указана вероятность распада):

τ− → адрон+ ντ ( ≈ 63 %).

Размер электронов (лептонов) менее 10-17 см. Спиральность (h) представляет собой взаимную ориентацию спина и импульса.

Частица называется правополяризованной, если ее спин s и импульс p совпадают (спиральность h =1 – у антинейтрино);

левополяризованной, если s и p антинаправлены (h = −1 – у

нейтрино). Когда спин направлен в одну сторону, то говорят о единичной поляризации; если s p , то поляризация называется попе-

речной.

7.4. Странные частицы (СЧ)

Втечение десяти лет вслед за открытием π -мезонов в 1947 г.

вкосмических лучах и ускорителях были открыты еще 30 частиц.

Первыми открыты К-мезоны (каоны) (m = 500 МэВ), затем Λи Σ

– частицы. Была обнаружена странная особенность поведения вновь открытых частиц: они рождались парами, хотя не были ча-

110

стицей и античастицей, – поэтому их и назвали странными частицами. Например, при столкновении двух протонов происходит реакция

p + p →Λ+ K+ + p ,

в которой рождаются две странные частицы ΛиK + -мезоны, а затем распадаются:

При взаимодействии π− -мезона с протоном в пузырьковой камере образуются две нейтральные странные частицы Λи K 0 :

π− + p → Λ + K 0 ,

которые распадаются в результате слабого взаимодействия:

Вторая особенность поведения странных частиц – их большое время жизни – поставила перед физиками новую загадку. В процессе распада Λ-частицы образуют сильно взаимодействующие частицы: p, π+ или n, π0. Поэтому казалось, что время жизни стран-

ных частиц (Λ, Σ) должно быть ≈10 –23 –10 –22с. На самом деле время их жизни оказалось ≈ 10–10с, что характерно для слабого взаимодействия.

Для того чтобы объяснить такое поведение странных частиц, было высказано предположение, что они являются носителями еще одного, нового, квантового числа, которое названо странностью, и сформулирован еще один закон – сохранения странности.

Странность (S) сохраняется в сильных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых. Это позволило объяснить парное рождение СЧ в реакции сильного взаимодействия и большое время жизни в результате их распада, происходящего за счет слабого взаимодействия. Среди вновь открытых странных частиц оказались частицы, имеющие массу больше массы нуклона. Они названы гиперонами:

Λ , Σ0 , Σ± Ξ0 , Ξ− , Ω− . Сходство гиперонов с нуклонами состоит в том, что все гипероны с течением времени распадаются, превращаясь в конечном итоге в нуклоны.

111

7.5. Изоспин протона и нейтрона

По отношению к ядерным силам протон и нейтрон ведут себя одинаково. Кроме того, они имеют не только одинаковые квантовые числа: S = ½, B = +1 (барионный заряд), но и почти одинаковую массу (отличие 0,1 % ); различаются они только электрическим за-

р= +1, Qп= 0. В этом случае говорят, что протон

инейтрон являются разными состояниями одной и той же частицы

– нуклона, которая может находиться в двух зарядовых состояниях. Поэтому ввели новое число – изоспин I, который равен 1/2.

Проекция изоспина I3 на ось z составляет 1/2 и для протона,

идля нейтрона.Q

7.6. Резонансы

В начале 60-х гг. была открыта еще одна группа частиц, которые названы резонансами. Резонансы – короткоживущие возбужденные состояния адронов, распадающихся в результате сильного взаимодействия. Время жизни их 10-24 ÷ 10-22 с.

Первый нуклонный резонанс был открыт Э. Ферми в 1952 году в реакциях рассеяния π -мезонов на нуклонах, он был назван

∆-изобарой. Резонансы стали активно исследовать и открывать

сразвитием техники водородных пузырьковых камер, в которых стало возможно наблюдать продукты распада резонансов:

∆0 → p + π− , ∆++ → p + π+ .

Впервые среди элементарных частиц появилась частица с зарядом +2.

7.7. Античастицы

Существование антипротона было предсказано теоретиками еще во времена открытия позитрона. Однако для того, чтобы обнаружить эту частицу, необходимо было иметь ускоренные протоны с энергией больше 6 ГэВ. Такой ускоритель был специально построен, и начались эксперименты по обнаружению антипротона и антинейтрона. В 1955 году О. Чемберлену, Э. Сегре, К. Виганду и

112