Гиперо́ны — семейство элементарных частиц, барионы [Барио́ны (от греч. βαρύς — тяжёлый) — семейство элементарных частиц, сильно взаимодействующие фермионы, состоящие из трёх кварков (предполагается, но не доказано существование барионов из 5 и большего числа кварков, см. пентакварк). Барионы вместе с мезонами (последние состоят из чётного числа кварков) составляют группу элементарных частиц, участвующих в сильном взаимодействии и называемых адронами. К основным барионам относятся (по мере возрастания массы): протон, нейтрон, лямбда-гиперон, сигма-гиперон, кси-гиперон, омега-гиперон. Масса омега-гиперона (3278 масс электрона) почти в 1,8 раз больше массы протона], содержащие минимум один s-кварк, но не содержащие более тяжёлых кварков (c и b). Таким образом, у всех гиперонов ненулевая странность, но нулевые очарование и прелесть.
Гипероны были открыты в космических лучах в 1947 Батлером и Рочестером, однако их существование было доказано только в 1951 году. Обнаруженные частицы (лямбда-гипероны) назвали лямбда-частицами, поскольку в большинстве случаев они распадались на протон и заряженный пион, которые образовывали на трековых снимках «вилку», напоминающую букву Λ (трек самого гиперона не был виден, так как лямбда-гиперон нейтрален, а наблюдаются треки только заряженных частиц). Взаимодействие протона с ядром в котором рождалась частица, наблюдалось на снимке, однако до распада нейтральная частица успевала пройти достаточное расстояние, чтобы «вилка» распада не совпадала с точкой рождения. Это означало, что новая частица жила достаточно долго (2,6·10−10 с) по меркам микромира. Странность заключалась в том, что частица участвовала в сильных взаимодействиях (это было видно по реакциям, в которых она рождалась), а следовательно, её время жизни должно было быть очень малым (<·10−20 с). Парадоксально, что большое время жизни большинства гиперонов связано с тем, что распад их основных состояний происходит только через слабые взаимодействия, поскольку, как выяснилось позже, сильные и электромагнитные взаимодействия не изменяют странность — новое квантовое число, которое было введено именно для объяснения необычного поведения гиперонов и К-мезонов (в последних тоже содержатся s-кварки).
Классификация гиперонов
Кварковая модель вводит классификацию для гиперонов.
Гипероны с одним s-кварком обозначаются греческими буквами Λ (изоспин 0, электрический заряд 0) и Σ (изоспин 1, заряд −1, 0, +1). В состав лямбда- и сигма-гиперонов входят также два лёгких кварка (u- и d-) в разных комбинациях.
Гипероны с двумя s-кварками обозначаются буквой Ξ. Кси-гипероны также содержат один u- или d-кварк и имеют изоспин 1/2 и заряд соответственно 0 или −1.
Гипероны, содержащие три s-кварка, обозначаются буквой Ω, имеют нулевой изоспин и заряд −1.
Антигипероны несут обратные квантовые числа. Следует отметить, что Σ− и Σ+ не являются античастицами по отношению друг к другу, что видно хотя бы из их кваркового состава (dds и uus, соответственно). Нейтральные гипероны (Λ0, Σ0, Ξ0) не являются истинно нейтральными частицами (то есть не античастицы для самих себя); так, кроме лямбда-ноль-гиперона, распадающегося чаще всего на протон и отрицательный пион, существует анти-лямбда-ноль-гиперон (Λ0), обычно распадающийся на антипротон и положительный пион.
Время жизни почти всех основных состояний гиперонов составляет около 10−10 с. Исключением является Σ0, который испытывает электромагнитный распад Σ0→Λ0+γ за 7,4·10−20 с. Кроме основных долгоживущих состояний, существуют возбуждённые состояния (так называемые резонансы), чьё время жизни составляет 10−22—10−24 с. Такие возбуждённые состояния гиперонов обозначают как основные с добавлением в скобках их приближённой массы (округляя с шагом 5 МэВ), например: Σ(1385)− обозначает возбуждённое состояние сигма-минус-гиперона с массой1382,8 МэВ.
Ω−-гиперон имеет странность −3, поэтому в процессе слабых распадов его на протон или нейтрон происходит многократная смена ароматa. Один такой трёхэтапный распад наблюдался в эксперименте с космическими лучами, но пока другие Ω− не были получены и исследованы при помощи ускорителей элементарных частиц, SU модель Мюррея Гелл-Манна (иногда называемая Восьмеричный путь) не была окончательно подтверждена.
Исследования гиперонов
Первые исследования гиперонов проводились в 1950-х гг. и побудили физиков создать организованную классификацию элементарных частиц. В наши дни исследования в этой области ведутся во многих лабораториях по всему миру, включая ЦЕРН, Фермилаб, SLAC, JLAB, BNL, KEK и другие. Ведутся поиски нарушения CP-инвариантности, измерения спинов, исследования возбуждённых состояний (обычно называемые спектроскопия) и поиски экзотических состояний, таких как пентакварки.
Комментариев нет:
Отправить комментарий