Значение слова гипероны

(от греч. hypér ≈ сверх, выше), тяжёлые нестабильные элементарные частицы с массой, большей массы нуклона (протона и нейтрона), обладающие барионным зарядом и большим временем жизни по сравнению с «ядерным временем» (~ 10-23 сек). Известно несколько типов Г.: лямбда (L0), сигма (S≈, S0, S+), кси (X≈, X0), омега (W≈) [значки ≈, 0, + справа сверху у символа частиц означают соответственно отрицательно заряженную, нейтральную и положительно заряженную частицы]. Все Г. имеют спин 1/2, кроме W≈, спин которого, согласно теоретическим представлениям, должен, быть равен 3/2 (т. е. Г. являются фермионами ). Г. участвуют в сильных взаимодействиях , т. е. принадлежат к классу адронов. Время жизни Г. порядка 10-10сек (за исключением S0, который, по-видимому, имеет время жизни порядка 10-20 сек); за это время они распадаются на нуклоны и лёгкие частицы (p-мезоны, электроны, нейтрино). Г. (L0) были открыты в космических лучах английскими физиками Рочестером и Батлером в 1947, однако убедительные доказательства существования Г. были получены к 195

1. Детальное и систематическое изучение Г. стало возможным после того, как их начали получать на ускорителях заряженных частиц высокой энергии при столкновениях быстрых нуклонов, p-мезонов и К-мезонов с нуклонами атомных ядер.

   Открытие Г. существенно расширило физические представления об элементарных частицах, поскольку были впервые открыты частицы с массой, большей нуклонной, и установлена новая важнейшая характеристика элементарных частиц ≈ странность . Введение странности понадобилось для объяснения ряда парадоксальных (с точки зрения существовавших представлений) свойств Г. Интенсивное рождение Г. при столкновении адронов высокой энергии с несомненностью свидетельствовало о том, что они обладают сильным взаимодействием. С другой стороны, если бы распад Г. вызывался сильным взаимодействием, их время жизни должно было бы составлять по порядку величины 10-23сек, что в 1013 раз (на 13 порядков) меньше установленного на опыте. Время жизни Г. можно объяснить, если считать, что их распад происходит за счёт слабого взаимодействия , относительная интенсивность которого в этой области энергий как раз на 12≈14 порядков меньше сильного (а следовательно, время распада во столько же раз больше). Парадоксом казалось то, что частицы, обладающие сильным взаимодействием, не могут распадаться с помощью этого взаимодействия.

   Важное значение для разрешения этого парадокса имел тот факт, что при столкновении p-мезонов и нуклонов с нуклонами Г. всегда рождаются совместно с К-мезонами (рис. 1), в поведении которых обнаруживаются те же странности, что и у Г. Особенности поведения Г. и К-мезонов были объяснены в 1955 Гелл-Маном и Нишиджимой существованием особой характеристики адронов ≈ странности (S), которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Если приписать К+- и К0-мезонам странность S = +1, а L-Г. и S-Г. ≈ равное по величине и противоположное по знаку значение странности, S = ≈ 1, и считать странность p-мезонов и нуклонов равной нулю, то сохранение суммарной странности частиц в сильных взаимодействиях объясняет и совместное рождение L- и S-Г. с К-мезонами, и невозможность распада частиц с неравной нулю странностью (такие частицы получили название странных частиц) с помощью сильных взаимодействий на частицы с нулевой странностью. При этом X = Г., которые рождаются совместно с двумя К-мезонами, следует приписать S = ≈2, а W≈-Г. ≈ странность S = ≈ 3. Распады Г. указывают на то, что процессы, обусловленные слабыми взаимодействиями, протекают с изменением странности. Рис. 2 иллюстрирует процессы сильного и слабого взаимодействия Г.

   Согласно современной теории элементарных частиц, каждому Г. должна соответствовать античастица , отличающаяся от своего Г. знаком электрического и барионного зарядов и странности. Все антигипероны наблюдались на опыте; последним был открыт (1971) антиомега-Г. , или W+ (рис. 3).

   Сильное взаимодействие Г. Помимо сохранения странности, сильные взаимодействия Г. обладают определенной симметрией, называется изотопической инвариантностью . Эта симметрия была установлена ранее для нуклонов и p-мезонов и проявляется в том, что частицы группируются в некоторые семейства ≈ изотонические мультиплеты [(р, n) и (p≈, p0, p+), где р означает протон, а n ≈ нейтрон]. Частицы, входящие в определенный изотопический мультиплет, одинаково участвуют в сильном взаимодействии, имеют почти равные массы и отличаются лишь электромагнитными характеристиками (электрическими зарядами, магнитными моментами). Число частиц в изотопическом мультиплете характеризуется специальным квантовым числом ≈ изотопическим спином I и равно 2I + 1. Г. образуют 4 изотопических мультиплета (см. табл.).

   Таблица гиперонов

   L-гиперон (синглет)

   S-гиперон (триплет)

   X-гиперон (дуплет)

   W-гиперон (синглет)

   Состав изотопического мультиплета

   L ╟

   S+

   S0

   S-

   X0

   X-

   W-

   Масса, Мэв

   1115,6

   1189,4

   1192,5

   1197,3

   1314,7

   1321,3

   1672,4

   Изотонический спин I

   0

   1

   1/2

   0

   Странность S

   -1

   -1

   -2

   -3

   Время жизни, сек

   2,52╥10-10

   0,80╥10-10

   По теоретическим оценкам 10-20

   1,49╥10-10

   3,03╥10-10

   1,66╥10-10

   1,3╥10-10

   Основные схемы распада*

   L╝╟{

   r+p-

   S+╝{

   r+p0

   S0╝L0+g

   S0╝ n+p-

   X0╝L0+p0

   X0╝L0+p-

   W-╝{

   X0+p-

   X-+p0

   n+p0

   n+p+

   L0+K-

   * В таблице не указаны распады гиперонов с испусканием лептонов; они составляют по порядку величины доли процента от основных способов распада.

   Предположение о существовании изотопических мультиплетов Г. позволило Гелл-Ману и Нишиджиме предсказать существование S0 и X0 до их экспериментального открытия.

   Г. L, S, X по ряду своих свойств аналогичны нуклонам. Эта аналогия послужила исходным пунктом в поисках симметрии сильных взаимодействий, более широкой, чем изотопическая инвариантность. Наибольший успех при этом имела т. н. унитарная симметрия (SU3-симметрия), на основе которой была создана систематика адронов. С помощью этой симметрии удалось, например, предсказать существование и свойства W≈-Г. (см. Элементарные частицы ).

   Распады Г. Основные способы распада Г. указаны в табл. Распады Г. подчиняются следующим закономерностям: 1) DS = 1 ≈ странность изменяется по абсолютной величине на единицу: исключение составляет распад S0 на L0 и фотон, S0 ╝ L0 + g, протекающий за счёт электромагнитного взаимодействия (отсюда и время жизни S0 должно быть ~ 10-20 сек, а не 10-10сек) и поэтому не сопровождающийся изменением странности. Этот закон запрещает прямой распад Õ-Г. на нуклон и p-мезоны, т.к. при таком распаде странность изменилась бы на две единицы. Распад Õ-Г. происходит в два этапа: X ╝ L0 + p; L0 ╝ N + p (где N означает нуклон). Поэтому Õ-Г. называют каскадным. Каскадные распады претерпевают также W≈-Г.

   2)DQ = DS ≈ в распадах с испусканием лептонов изменение заряда Q адронов равно изменению странности S. Этот закон запрещает, например, распад S+ ╝ n + m+ + n (m+ ≈ положительный мюон, n ≈ нейтрино).

   3) DI = 1/2 ≈ изотопический спин меняется на 1/

2. Это правило позволяет объяснить соотношения между вероятностями различных наблюдаемых способов распада Г.

   При взаимодействии быстрых частиц с ядрами могут возникать гипер-ядра , в которых один или несколько нуклонов в результате сильного взаимодействия превратились в Г.

   Лит.: Гелл-Манн М., Розенбаум П. Е., Элементарные частицы, в кн.: Элементарные частицы, пер. с англ., М., 1963 (Над чем думают физики, в. 2); Эдер Р. К., Фаулер Э. К., Странные частицы, пер. с англ., М., 1966; Фриш Д., Торндайк А., Элементарные частицы, пер. с англ., М., 1966.

   Л. Г. Ландсберг.