Странность

Поведение гиперонов и K – мезонов сильно отличалось от теоретических ожиданий, что показалось весьма странным. Эти частицы назвали странными. Странность заклю-чается в том, что они рождаются только парами и исчезают медленнее в раз, чем предполагалось по расчётам. Их поведение можно описать при допущении, что Λ, Σ и частицы имеют странность S= -1, Ξ имеет S= -2 и Ω имеет S= -3 (у соответствующих античастиц странность одинакова по модулю и противоположна по знаку). Объяснить появление странных частиц позволил закон сохранения странности: в замкнутых системах при сильных взаимодействиях странность сохраняется, а при слабых может меняться на 1.

Распады же странных частиц происходят с нарушением закона сохранения странности. Этим объясняется медленность таких распадов.

Шарм (очарование) и красота (прелесть)

Немногим экзотическим частицам ( D- и F-мезоны и пр.) присущи квантовые числа С (шарм) и B (красота), которые сохраняются только в сильных и электромагнитных взаимодействиях.

Четность

Квантовые частицы обладают характеристикой, связанной с поведением Ψ-функции при переходе от правовинтовой системы координат oxyz к левовинтовой o . Эту характеристику называют «четность» она имеет квантовое происхождение, обознача-ется P и принимает значение P=+1 для частиц, обладающих положительной четностью и P= -1, обладающих отрицательной четностью. При сильных и электромагнитных взаимодействиях выполняется закон сохранения четности: в замкнутых системах суммарное значение четности всех частиц остается неизменным.

Изотопический спин

Сильно взаимодействующие частицы (адроны) были разделены на группы – изотопические мультиплеты. В каждом мультиплете частицы имеют примерно одинаковые: массу, барионный заряд, спин, странность, четность и разные электрические заряды. В отсутствии электромагнитных и слабых взаимодействий все свойства таких частиц одинаковы. Примеры мультиплетов: синглеты (η-мезон), (Λ-гиперон), ( Ω-гиперон), дуплет (p,n), триплеты ( ) и ( ).

Каждому мультиплету приписывают изотопический спин (изоспин) T, причём количество частиц в мультиплете . Каждой отдельной частице мультиплета приписывают значение проекции изотопического спина относительно оси Z в воображаемом изотопическом пространстве. При этом частице с большим электричес-ким зарядом приписывают большее значение . Установлено, что выполняется

закон сохранения изоспина: в замкнутых системах сохраняется суммарное значение параметров: 1) при сильный воздействиях – изоспин Т и его проекция ; 2) при электромагнитных – только проекция .

• При слабых воздействиях изоспин не сохраняется.

• Понятие изоспина привело к предсказанию и открытию многих частиц и их характерис-

тик ( и пр.). Оно как к элементарным частицам, так и к атомным ядрам.

Кварковая модель адронов

Расчёты и опыты показали, что адроны имеют внутреннюю структуру. В 1964 г. Гелл-Манн и Цвейг выдвинули кварковую гипотезу, на основе которой была объяснена структура уже открытых адронов и предсказано существования новых. Согласно этой гипотезе существует пять типов кварков: U, d, S, c, b. У всех спин S=1/2 и барионный заряд B=1/3.. Остальные свойства:

Кварк	Эл. заряд	Странность	Шарм	Красота
U		0	0	0
d		0	0	0
S		1	0	0
c		0	1	0
b		0	0	1

У каждого кварка существует свой антикварк, все типы зарядов которого противоположны по знаку соответствующим зарядом кварка.

Исследования показали, что каждый мезон является парой кварк-антикварк, а барион состоит из трёх кварков. Кварковый состав некоторых адронов:

Частицы
Состав

↑ и ↓ - "ориентация" спинов.

Структура Ω- гиперона противоречит принципу Паули: три кварка находятся в одинаковом состоянии. Для устранения этого противоречия было принято, что кварки обладают некой внутренней степенью свободы, которую называют “цвет”. Кварки каж-дого типа имеют три основных “цвета”: красный, зелёный, голубой. При этом:

1. Кварку каждого цвета соответствует свой антикварк, обладающий соответствующим “антицветом”.

2. Смесь пары кварк – антикварк “бесцветна”.

3. Смесь кварков разных цветов “бесцветна”.

• “Цвета”, смесь которых бесцветна, называют дополнительными.

Полагают, что сильные взаимодействия осуществляются путём обмена между кварками безмассовыми частицами – глюонами, которые являются квантами поля. Кварки создают глюоны и глюоны на них же и воздействуют. Глюоны являются переносчиками цвета. При испускании и поглощении глюона цвет кварка изменяется.

Таким образом цветные кварки не нарушают бесцветность адронов. При этом постоянно меняют свою окраску. Кварковая модель косвенно подтверждена результатами опытов.

Таблица элементарных частиц

Частица			Символ			Масса, МэВ		Заряды								Спин, чётность			Изоспин					Стран-ность S			Среднее время жизни t, с			Осноные схемы распада частиц
								Q
Фотон						0		0		0		0	0		0			1			-		-			-
Лептоны		Ней-трино				0		0		+1		0	0		0						-		-			-
						0		0		0		+1	0		0						-		-			-
						0		0		0		0	+1		0						-		-			-
		Элект-рон				0.511		-1		+1		0	0		0
		Мюон				106		-1		0		+1	0		0
		Таон				1782		-1		0		0	+1		0														3..5
Адроны	Мезоны	Пи-мезоны				135		0		0				0						1		0			0			0.8
						140		-1		0										1		+1			0
		Ка-мезоны				494		+1		0				0											+1
						498		0		0															-1
		Эта-мезон				549		0		0				0						0		0			0
		Фи-мезон				1019		0		0				0			1			0		0			0
	Барионы	Протон	p				938		+1		0				+1											0						-
		Нейтрон	n				940		0		0				+1											0
		Ламбда-гиперон					1116		0		0				+1						0		0			-1
		Сигма-гиперо-ны					1189		+1		0				+1						1		+1			-1
							2292		0		0				+1						1		0			-1
							1197		-1		0				+1						1		-1			-1
		Кси-гиперо-ны					1315		0		0				+1											-2
							1321		-1		0				+1											-2
		Омега-гиперон					1675		-1		0				+1						0		0			-3

В настоящее время полагают, что истинно элементарными или фундаментальными частицами являются фотон, лептоны и кварки.