Значение слова к-мезоны

К-МЕЗОНЫ (каоны) (К) группа элементарных частиц с нулевым спином и массой ок. 970 электронных масс, принадлежащая к странным частицам. В группу входят 2 заряженных (К-, К+) и 2 нейтральных (К°,°) К-мезона; К+ и°- античастицы К-, К°.

каоны, группа нестабильных элементарных частиц, в которую входят две заряженные (К+, К-) и две нейтральные (К0, ) частицы с нулевым спином и массой приблизительно в 970 раз большей, чем масса электрона. К.-м. участвуют в сильных взаимодействиях , т. е. являются адронами; они не имеют барионного заряда и обладают отличным от нуля значением квантового числа странности (S), характеризующей их поведение в процессах, обусловленных сильным взаимодействием: у К+ и К╟ S=+1, а у К- и ═(являющихся античастицами К+, К╟) S = ≈

1. Совместно с гиперонами К.-м. образуют группу так называемых странных частиц (частиц, для которых S ¹ 0).

   К+ и К╟ одинаковым образом участвуют в сильных взаимодействиях, имеют приблизительно одинаковые массы и различаются лишь электрическим зарядом. Они могут быть объединены в одну группу ≈ так называемый изотопический дублет (см. Изотопическая инвариантность ) и рассматриваются как различные зарядовые состояния одной и той же частицы с изотопическим спином I = 1/

2. Аналогичную группу составляют ═и . Из-за различия в странности нейтральные К-м. К╟ и ═являются разными частицами, различным образом участвующими в сильных взаимодействиях. Согласно современной классификации элементарных частиц, К-м. (К+, К╟, , ) вместе с p-мезонами (p+, p0, p-) и h0-мезоном входят в одну группу (октет) частиц, приблизительно одинаково участвующих в сильных взаимодействиях. Открытие К-мезонов связано с работами большого числа учёных в различных странах. В 1947≈51 в космических лучах было открыто несколько частиц, массы которых, измеренные с доступной в то время точностью, были приблизительно одинаковыми, а способы распада ≈ разными. Табл.

   1. ≈ Основные характеристики и способы распада К-мезонов

      Частица

      Масса m (Мэв)

      Странность S

      Время жизни t: (сек)

      Способы распада

      Вероятность распада (в %)

      К+

      К-

      494

      +1

      ≈1

      1,2-10-8

      m╠+n

      p╠+ p0

      p╠+ p≈+ p+

      p╠+p0+p0

      m╠+p0+n

      e╠+p0+n

      e╠+n

      64

      21

      5,57

      1,70

      3,18

      4,85

      1,2-10-5

      К0

      498

      +1

      ≈1

      Распады на ~50% по схеме K0S и на ~50% по схеме и на K0L (см. табл. 2).

      Табл.

   2. ≈ Основные способы распада K0S и K0L

      Частица

      Масса м

      Время жизни t (сек)

      Способы распада

      Вероятность распада (в %)

      K0S

      »mK0

      0,86-10-10

      p++ p≈

      p0+p0

      68,7

      31,3

      K0L

      »mK0

      Разность масс:

      m KL ≈ m Ks » 3-10-6 эв

      5,4-10-8

      p0+p0+p0

      p++p≈+p0

      p╠+m╠+n

      p╠+e╠+n

      p++ p≈

      p0+p0

      g+ g

      21,5

      12,6

      26,8

      38,8

      0,16

      0,12

      5-10-4

      Это были так называемые q-мезоны, распадающиеся на два пи-мезона , t-мезоны, распадающиеся на три p-мезона, и др. Значит. прогресс в изучении этих частиц начался с 1954, когда их удалось получать с помощью ускорителей заряженных частиц . Тщательные измерения масс и времён жизни показали, что во всех этих случаях наблюдались различные способы распада одних и тех же частиц, названных К-м.

      Открытие К-м. сыграло важную роль в физике элементарных частиц; оно помогло установить новую характеристику сильно взаимодействующих частиц (адронов) ≈ странность и создать современную систематику адронов (см. Элементарные частицы ). Изучение распадов К-м. дало первые сведения о несохранении в слабых взаимодействиях пространственной и зарядовой чётности, а также о нарушении комбинированной чётности (см. Чётность , Зарядовое сопряжение , Комбинированная инверсия ).

      Сильные взаимодействия К-мезонов. Наличие у К-м. отличной от нуля странности S накладывает (из-за сохранения S в сильных взаимодействиях) характерный отпечаток на процессы сильных взаимодействий с участием К-м. Так, К+ и К0, имеющие S = +1, рождаются при столкновениях «нестранных» частиц ≈ p-мезонов и нуклонов (протонов и нейтронов) ≈ только совместно с гиперонами или , , имеющими отрицательное значение странности (см., например, в ст. Гипероны ).

      Поскольку все гипероны имеют отрицательную странность, они легче рождаются в процессах, вызванных К≈ и , чем в процессах, вызванных К+ и К0. Например, возможна реакция ═+ р ╝ L0 + p+, тогда как реакция К0 + р ╝ L0 + p + запрещена законом сохранения странности в сильных взаимодействиях (здесь р ≈ протон, L0 ≈ гиперон). Рождение гиперонов в пучках К+, К0 менее вероятно, т.к. оно требует появления совместно с гипероном нескольких дополнительных К+ или К0.

      Поэтому медленные К+, К0 слабее взаимодействуют с веществом, чем , .

      Слабые взаимодействия К-мезонов. Распады К-м. обусловлены слабым взаимодействием и происходят с изменением странности на 1 (в слабых взаимодействиях странность не сохраняется). Распады могут осуществляться различными способами и подчиняются эмпирическим правилам, определяющим изменение странности, изотопического спина адронов и пр. (см. Отбора правила ). В распадах К-м. не сохраняются пространственная и зарядовая чётности, что проявляется, например., в возможности распада как на 2 p-, так и на 3 p-мезона.

      Рисунок иллюстрирует процессы сильного и слабого взаимодействия К-м.

      Специфические свойства нейтральных К-мезонов. Выше отмечалось, что К0- и -мезоны, отличаясь друг от друга значениями квантового числа странности, участвуют в процессах сильного взаимодействия как две различные частицы. Поскольку, однако, в процессах слабого взаимодействия, в частности в распадах К.-м., странность не сохраняется, оказываются возможными взаимные превращения K0 Û . Наличие таких переходов между частицей и античастицей, имеющими разные значения одного из квантовых чисел, характеризующих элементарные частицы, обусловливает специфические, уникальные свойства нейтральных К.-м. Для любых других частиц существование подобных переходовзапрещено строгими законами сохранения электрического или барионного заряда (а также, по-видимому, и лептонного заряда для переходов нейтрино ≈ антинейтрино).

      В вакууме благодаря переходам K0 Û ═состояниями, имеющими определённую энергию и время жизни, будут не К0 и , а две квантово-механических суперпозиции этих состояний. Эти суперпозиции соответствуют частицам с различными массами и различными временами жизни: долгоживущему K0L- и короткоживущему K0S-meзонам. Разность масс K0S и K0L обусловлена слабым взаимодействием, вызывающим переходы K0 Û , и весьма мала. Время жизни и способы распада K0S и K0L указаны в.

      Таким образом, в то время как в процессах, вызываемых сильным взаимодействием, проявляются состояния К0 и , обладающие определёнными значениями странности (сохраняющейся в сильном взаимодействии), в процессах слабого взаимодействия (в распадах) проявляются как частицы состояния K0L и K0S. Состояния K0L и K0S близки к суперпозициям состояний, которые называют K01 и K02:

      K0s » K01 = ,

      K0L » K02 = ,

      т. е. K0L и K0S приблизительно на 50% «состоят» из К0 и на 50% ≈ из . Аналогичным образом можно утверждать, что К0 и ═приблизительно на 50% «состоят» из K0S и на 50% ≈ из K0L тот факт, что состояния К0 и ═представляют суперпозицию двух состояний K0L и K0S разными массами и временами жизни, приводит к появлению своеобразных осцилляций («биений»): К0, возникая в результате сильного взаимодействия, на некотором расстоянии от точки рождения частично превращается за счёт слабого взаимодействия в ═и потому оказывается способным вызывать ядерные реакции, характерные для ═и запрещенные для К0, например реакцию ═+ р ╝ L0 + p + (эффект Пайса ≈ Пиччони). Др. своеобразное явление ≈ так называемая регенерация короткоживущих K0S-meзонов при прохождении через вещество долгоживущих K0L-meзонов: на достаточно больших расстояниях от места образования пучка К0 (или ) пучок состоит практически только из долгоживущих K0L, т.к. короткоживущие K0S распадаются раньше. Поэтому на таких расстояниях наблюдаются лишь распады, характерные для K0L (). Казалось бы, K0S не могут вновь появиться в пучке. Однако если пучок K0L пропустить через слой вещества, то из-за различия во взаимодействиях с веществом К0 и , составляющих K0L, изменяется относительный состав пучка и в пучке K0L появляется добавка K0S с характерными для K0S распадами.

      Комбинации K01 и К02 обладают определённой симметрией относительно операции комбинированной инверсии (СР): при переходе от частиц к античастицам (операция зарядового сопряжения С) с одновременным пространственным отражением (операция Р) волновая функция, соответствующая состоянию K01, остаётся неизменной, а волновая функция К02 меняет знак. Поэтому состояние K01 может распадаться на 2p (систему, обладающую теми же свойствами относительно операции СР, что и K01), a K02 не может. Поскольку вероятность распада на 2p значительно превышает вероятности др. способов (каналов) распада, большое различие во временах жизни долго- и короткоживущих К-м. считалось указанием на существование в природе симметрии относительно операции комбинированной инверсии, а состояния K0L и K0S отождествлялись с K01 и К02. Однако в 1964 было установлено, что долгоживущий К-м. с вероятностью приблизительно 0,2% распадается на 2p. Это свидетельствует о нарушении СР-симметрии и об отличии состояний K0L и K0S от K01 и К02. Природа сил, нарушающих СР-симметрию, ещё не выяснена. Имеющиеся эксперимент. данные не противоречат возможности существования в природе особого «сверхслабого» взаимодействия, нарушающего симметрию СР и проявляющегося в распадах нейтральных К-м.

      Лит.: Марков М. А., Гипероны и К-мезоны, М., 1958; Далиц P., Странные частицы и сильные взаимодействия, пер. с англ., М., 1964; Окунь Л. Б., Слабое взаимодействие элементарных частиц, М., 1963; Ли Ц. и By Ц., Слабые взаимодействия пер. с англ., М., 1968; Газиорович С., Физика элементарных частиц, пер. с англ. М., 1969; Эдер Р. К., Фаулер Э. К., Странные частицы, пер. с англ., М., 1966.

      С. С. Герштейн.