Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
ЧТО ЖЕ В «ПОЧТОВОМ ЯЩИКЕ»?
Поиск внеземного разума обычно связан с обзором небесной сферы и попытками обнаружить радиосигнал, посланный иными цивилизациями. Однако, пересекая космическое пространство, радиоволны ослабевают. Чтобы послать к звездам что-то более существенное, чем просто сигнал, необходима антенна размером с Землю. Далее...

гипероны

ГИПЕРОНЫ (от греч. hyper - над, сверх, выше) - барионы с отличным от нуля значением странности, распадающиеся благодаря слабому (или электромагнит. ному) взаимодействию и имеющие вследствие этого времена жизни, на много порядков превышающие характерное время сильного взаимодействия (ядерное время, ~10-23 с). Поэтому Г. условно относят к "стабильным" (точнее, к квазистабильным) частицам. Как все барионы, Г. являются адронами и имеют полуцелый спин.

Первые Г. 1119924-359.jpg открыты в космич. лучах Г. Д. Pочестером (Rochester) и Г. Батлером (Butler) в 1947, однако убедит. доказательства их существования были получены к 1951. Детальное и систематич. изучение Г. стало возможным после того, как их стали получать на ускорителях заряж. частиц высокой энергии при столкновениях быстрых нуклонов, я-мезонов и К-мезонов с нуклонами атомных ядер.

К Г. относятся, во-первых,1119924-360.jpg частицы, входящие вместе с нуклонами в один унитарный мультиплет (октет) барионов со спином 1/2. Кварковое содержание этих Г. указано в скобках:

1119924-361.jpg

(см. Кварки ).При этом L является изотопич. синглетом (см. Изотопическая инвариантность)со странностью 1119924-362.jpg - изотопич. триплетом с S=-1 и 1119924-363.jpg - изотопич. дублетом с S=-2. 1119924-364.jpg и 1119924-365.jpg ., имеющие одинаковое кварковое содержание (uds), отличаются относит. ориентацией спинов кварков и вследствие зависимости сильного взаимодействия от спинов обладают разными массами. Пара (ud)-кварков в 1119924-366.jpg. находится в синглетном состоянии (с обычным спином 0), а в 1119924-367.jpg. [так же, как пары (uu)- и(dd)-кварков в его изотопич. партнёрах 1119924-368.jpg и 1119924-369.jpg]- в триплетном (со спином 1).

Массы Г. с разл. значениями странности больше массы нуклона из-за того, что масса странного кварка s приблизительно на 150 МэВ превышает массы и-, d-кварков (что является причиной нарушения SU(3)-симметрии между кварками разл. типов, или ароматов). В рамках нарушенной (по ароматам кварков) SU(3)-симметрии массы Г. хорошо согласуются с соотношением Окубо - Гелл-Мана:

1119924-370.jpg

где массы - средние по изотопич. мультиплетам. Небольшое различие в массах Г. из одного изотопич. мультиплета обусловлено тем, что масса d- кварка на неск. МэВ больше массы и-кварка.

Все Г. из рассмотренного унитарного октета распадаются с изменением странности благодаря слабому взаимодействию и имеют время жизни ~10-10с. Исключением является эл--магн. распад 1119924-371.jpg без изменения странности, происходящий за время ~5*10-20с. Поскольку в слабых распадах выполняется правило для изменения странности 1119924-372.jpg, распады 1119924-373.jpg происходят в осн. на 1119924-374.jpg. с последующим его распадом на нуклон и пион (возможны также значительно менее вероятные 1119924-375.jpg-распады с переходом 1119924-376.jpg). Поэтому 1119924-377.jpg наз. каскадными Г.

Г. являются также 1119924-378.jpg-частица со странностью S=-3 и временем жизни ~10-10с, входящая в унитарный декуплет барионов со спином 3/2 и состоящая из трёх s-кварков. Аналогично 1119925-1.jpg распад 1119925-2.jpg происходит каскадным образом (рис.).

К Г. можно отнести и др. барионы, содержащие наряду со странными кварками тяжёлые кварки с, b и распадающиеся по слабому взаимодействию, напр. очарованный Г. (см. Очарованные частицы)1119925-3.jpg(usс)с массой ок. 2500 МэВ, спином 1/2 и временем жизни ~5*10-13 с.

Эл--магн. характеристики Г. (магн. моменты) с хорошей точностью предсказываются на основе простейшей кварковой модели их строения.

У всех Г. существуют соответствующие им античастицы.

При столкновениях нестранных частиц (пионов, нуклонов) или в реакциях 1119925-4.jpg (из-за сохранения странности в сильном и эл--магн. взаимодействиях) Г. рождаются совместно с K+-, К°-мезонами или анти-Г.,

1119925-5.jpg

Фотография (а) и схематическое изображение (б) случая рождения и распада 1119925-6.jpg-гиперона в жидководородной пузырьковой камере, находящейся в магнитном поле. Гиперон 1119925-7.jpg рождается (в точке 1)при столкновении К--мезона с протоном в реакции 1119925-8.jpg , к-рая обусловлена сильным взаимодействием и разрешена законом сохранения странности (в начальном и конечном состояниях S = -1). Образовавшиеся частицы распадаются под действием слабого взаимодействия: 1119925-9.jpg (в точке 2), 1119925-10.jpg (в точке 3), причём 1119925-11.jpg , имеющий малое время жизни, распадается практически в той же точке 3 на два 1119925-12.jpg-кванта, 1119925-13.jpg, к-рые рождают электрон-позитронные пары (точки 5, 6); 1119925-14.jpg (в точке 4).

имеющими положит. значения странности. При взаимодействии нейтрино с нуклонами Г. 1119925-15.jpg могут рождаться поодиночке в согласии с правилом для слабого взаимодействия 1119925-16.jpg или 1119925-17.jpg (С - очарование ).Источником рождения Г. могут быть также распады очарованных барионов. При высоких энергиях в столкновениях нестранных адронов рождение 1119925-18.jpg. составляет ок. 10% выхода остальных барионов; доля рождающихся 1119925-19.jpg. существенно меньше (~1%). При низких энергиях Г. интенсивно рождаются в пучках К--, К°-мезонов (имеющих, как и Г., отрицат. странность). Эффективные сечения взаимодействия Г. с нуклонами при высоких энергиях меньше, чем для нуклон-нуклонных взаимодействий приблизительно на 6-7 мб для 1119925-20.jpg. и на 12-13 мб для1119925-21.jpg. Качественно это объясняется тем, что входящие в состав Г. странные кварки имеют меньшее эффективное сечение взаимодействия, чем и-, d-кварки (такая же разница в сечениях взаимодействия наблюдается для рассеяния пионов и каонов на нуклонах).

Распады Г. происходят с характерным для слабого взаимодействия нарушением четности. Это проявляется, напр., в угл. асимметрии распада 1119925-22.jpg относительно спина 1119925-23.jpg. и в связанной с ней продольной поляризации нуклонов при распаде неполяризованного 1119925-24.jpg. Нет эксперим. указаний на то, что в распадах Г. нарушается CP- чётность: существование в распадах Г., напр. в распаде 1119925-25.jpg, запрещённой по СР-чётности поляризации барионов, перпендикулярной плоскости распада, в действительности может быть объяснено взаимодействием пиона и нуклона, образующихся в этом распаде. В адронных распадах Г. наблюдается значит. усиление переходов, в к-рых изменение изотопич. спина подчиняется правилу 1119925-26.jpg=1/2. Это правило, хорошо объясняющее наблюдаемые на опыте соотношения между амплитудами разл. каналов распадов Г., долгое время не удавалось теоретически обосновать. Как выяснилось, усиление переходов с 1119925-27.jpg=1/2 качественно следует из рассмотрения на основе квантовой хромодинамики обменов глюонами между кварками для процессов с 1119925-28.jpg=1. Все лептонные распады Г. (напр.,1119925-29.jpg и т. д.) хорошо описываются теорией, содержащей три параметра: Кабиббо угол 1119925-30.jpgи величины т. н. D- и F-связей (см. Слабое взаимодействие).

При энергиях в десятки - сотни ГэВ длина пробега Г. (обладающих временем жизни ~10-10 с) достигает десятков - сотен см. Это используется для создания гиперонных пучков на ускорителях высокой энергии.

Барионы с отличной от нуля странностью в случаях, когда они обладают достаточно большой массой, способны распадаться по сильному взаимодействию и вследствие этого обладают ядерным временем жизни. Такие барионы наз. гиперонными резонансами [например,1119925-31.jpg (1385)+p].

При взаимодействии частиц высокой энергии с ядрами могут возникать гиперядра ,в к-рых один или неск. нуклонов замещены 1119925-32.jpg. Наблюдались гиперядра, содержащие один и два 1119925-33.jpg.

В принципе могли бы существовать барионы, состоящие из четырёх кварков и одного антикварка. Нек-рые из таких многокварковых состояний, а именно содержащие странный антикварк1119925-34.jpg, могли бы проявляться как Г. с положит. значением странности. Экспериментально такие Г. пока не наблюдались. Не обнаружены также предсказываемые теоретически шестикварковые состояния1119925-35.jpg.

Лит.: Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, M., 1981.

С. С. Герштейн.


  Предметный указатель