ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ


ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ
ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ

       
семейство адронов, обладающих квант. числом «очарование». Св-ва «О.» ч. Легко понять, если предположить существование нового, «очарованного» кварка — с-кварка (с — от первой буквы англ. слова charm — очарование) с электрич. зарядом +2/3 е. Тогда «очарование» равно разности между числами с-кварков н антикварков (с=), из к-рых построен адрон. Кварк с — тяжёлый, это проявляется в том, что «О.» ч. значительно тяжелее p- и К-мезонов, «построенных» из «неочарованных» кварков-антикварков. Для самых лёгких «очарованных» мезонов установлены обозначения D и F. Их кварковая структура следующая: D0=(cu=), D+=(cd=), F+=(cs=), D=0=(c=u), D-=(c=d), F-=(c=s), где u, d и s(u=, d= и s=) — соотв. нуклонные и странный кварки (антикварки). Символы D, F относятся к псевдоскалярным частицам. Для векторных «очарованных» мезонов приняты символы D* и F*. Значения масс этих мезонов таковы:
m(D0)=1863,3(9) МэВ,
m(D*0)=2006,0(l,5) МэВ,
m(D+)=1868,4(9) МэВ,
m(D*+)=2008,6(l,0) МэВ,
m(F)=2039(2) МэВ,
m(F*)=2140(60) МэВ,
m(D+)-m(D*0)=5,0(8) МэВ,
m(D*+)-m(D*0)= 2,6(1,8) МэВ.
«О.» ч. распадаются на обычные адроны только за счёт слабого вз-ствия (т. н. слабый распад), поэтому D- и F-мезоны стабильны относительно сильного и эл.-магн. вз-ствий. Возбуждённые «очарованные» мезоны распадаются быстро — за счёт сильного или эл.-магн. вз-ствия, сохраняющих «очарование». Нек-рые из наблюдавшихся распадов «очарованных» мезонов: D®К+p-мезоны, D ®m+vm+Х, F®h+X, D*®D+p, D*®D+g (X — совокупность остальных частиц распада). Время жизни мезонов (т) равно:
t(D±)»8•10-13 с,
t(D0)»4•10-13 с,
t(F)»3•10-13с.
Наиболее полная информация об «очарованных» мезонах получена в опытах по аннигиляции пары е+е-в адроны, проведённых на встречных электрон-позитронных пучках. В этой реакции был, в частности, открыт y-мезон (см. МЕЗОНЫ СО СКРЫТЫМ ОЧАРОВАНИЕМ) с массой 3,768 ГэВ, к-рый распадается на пару DD=. Поскольку сечение рождения таких мезонов при резонансной энергии велико, они служат «фабрикой» D-мезонов.
Рождение «О.» ч. в реакциях с протонной или яд. мишенью изучено значительно хуже. Так, напр., не известны соответствующие сечения, но они могут быть =10-28 см2 при нач. энергиях протонов 400 ГэВ. Однако первое, правда косвенное, указание на существование «О.» ч. было получено при изучении вз-ствий мюонных нейтрино с нуклонами мишени; в 1974 на ускорителе в Батейвии (США) были наблюдены т. н. димюонные события:
vm+N®m+m+X,
когда в конечном состоянии наблюдают два мюона, а остальные ч-цы (X) не идентифицируются. Димюонные события естественно интерпретировать как рождение «О.» ч., напр. vm+N®m+D+X, с последующим слабым лептонным (сопровождающимся испусканием лептонов) распадом D-мезона. Прямое свидетельство в пользу существования «О.» ч. было получено в 1976— 1977 в опытах по аннигиляции е+ е-.
Со времени открытия «О.» ч. их свойства интенсивно изучаются. Установлены массы «очарованных» мезонов и барионов, измерены их полные времена жизни и относительные вероятности различных каналов распада. Измерены сечения рождения «О.» ч. в столкновениях адронов, к-рые оказались значительно больше ожидаемых. Свойства «очарованных» барионов изучены хуже, чем «очарованных» мезонов. Между тем их спектр должен быть обширным. Должны существовать, напр., такие интересные экзотические объекты, как барион (ссс) с «очарованием» 3; его ожидаемая масса около 5 ГэВ.
Открытие «О.» ч. явилось триумфом теории, в особенности кварковой модели элем. ч-ц, к-рая предсказала существование новых ч-ц задолго до их эксперим. обнаружения. Условно развитие теор. представлений об «О.» ч. можно разбить на три этапа. В 60-х гг. существование «О.» ч. обсуждалось как возможное, но не обязат. расширение семейства известных кварков u, d, s, с (?). В 1972 в работе амер. физиков Ш. Глэшоу, Дж. Илиопулоса, итал. физика Л. Майани было показано, что должны существовать относительно лёгкие — с массой порядка неск. ГэВ — «О.» ч. с вполне определ. св-вами слабых распадов, связанными с тем, что «очарованные» кварки должны распадаться в осн. на странные кварки (s). Наконец, уверенность в существовании «О.» ч. и чёткие представления об их св-вах возникли после открытия в 1974 J/y-мезонов, к-рые были интерпретированы как связ. состояние «очарованных» кварка и антикварка (см. МЕЗОНЫ СО СКРЫТЫМ ОЧАРОВАНИЕМ). Все имеющиеся эксперим. наблюдения укладываются в теор. схему. В частности, в распадах D-мезонов действительно образуются странные ч-цы — К-мезоны. В распаде F-мезона, в составе к-рого уже есть s-кварк, обнаружены h-мезоны, волн. ф-ция к-рых содержит значит. примесь состояния ss=.
«О.» ч. (как и мезоны со скрытым «очарованием») — важный объект для проверки совр. теории сильного вз-ствия — квантовой хромодинамики. В частности, благодаря большой массе с-кварка их описание в большинстве случаев проще, чем «обычных» ч-ц (содержащих только «лёгкие» u-, d-, s-кварки).
В то время как существование «очарованного» кварка необходимо для теории, дальнейшее расширение «семейства» кварков в рамках сложившихся представлений не явл. обязательным. Однако в 1977 выяснилось, что «очарованный» кварк не самый тяжёлый (см. ИПСИЛОН-ЧАСТИЦЫ).
Классификация кварков, понимание их спектра — одна из гл. проблем теории элем. ч-ц. Открытие «О.» ч. явилось очень важным эксперим. фактом, подтвердившим существование целого спектра кварков.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ

- семействоадронов, обладающих квантовым числом очарование. О. ч. имеют в своёмсоставе относительно тяжёлые с- кварки с электрпч. зарядом +2/3.Масса составляющего (конституентного) с -кварка примерно 1,5 ГэВ, <так что характерная масса О. ч. ~ 2 ГэВ. Как и обычные частицы, О. ч. обладаютопределёнными значениями странности и изотопического спина, зависящимиот их кваркового состава. К кон. 80-х гг. лучше были изучены свойства очарованныхмезонов, чем барионов. Самые лёгкие очарованные мезоны распадаются тольков результате слабого взаимодействия и живут относительно долго, порядка10-13 с. Кварковая структура известных очарованных мезонов следующая:15032-69.jpg15032-70.jpg15032-71.jpg15032-72.jpg15032-73.jpgгде и, d, s15032-74.jpg -соответственно нуклонные и странный кварки (антикварки). Символы D, Ds относятся к псевдоскалярным частицам. Для векторных мезонов приняты символыD*,15032-75.jpg. Значениямасс известных очарованных мезонов таковы:

m(D0) = (1864,615032-76.jpg0,6) МэВ, m(D+) = (1869,315032-77.jpg0,6) МэВ, m(D*0) = (2007,215032-78.jpg2,1)МэВ, m(D*+) = (2010,115032-79.jpg0,7)МэВ,

m(Ds+) = (1970,515032-80.jpg2,5)МэВ.

Для очарованных барионов установлено существованиетолько 15032-81.jpg= (udc15032-82.jpg= (usc),15032-83.jpg=(2281,2+ 3,0)МэВ,15032-84.jpg=(246015032-85.jpg4) МэВ.
В результате слабого распада с -кваркаобразуются преим. s -кварки. Вероятность образования нуклонных кварковподавлена как 15032-86.jpgгде 15032-87.jpg - Кабиббоугол. Т. о., в распадах D-мезонов и 15032-88.jpg -бариоиовобразуются, как правило, странные частицы, а в распадах DS.-мезонов- частицы, в волновой ф-ции к-рых велика примесь состояния 15032-89.jpg (прежде всего 15032-90.jpgи 15032-91.jpg -мезоны).Векторные D*-мезоны распадаются на D- и 15032-92.jpg -мезоны за счёт сильного взаимодействия.
Наиб. интересный факт, касающийся слабыхраспадов О. ч., - существ. различие полных времён жизни D0 -и D+ -мезонов:

15032-93.jpg15032-94.jpg

Это эксперим. наблюдение означает, чтоневерна т. н. спектаторная модель, согласно к-рой вероятности распадовО. ч. определяются исключительно амплитудами распада с -кварка, априсутствие нуклонного кварка в мезоне несущественно - последний играетроль
"наблюдателя", "спектратора". До появленияэксперим. данных практически не было сомнения в справедливости спектаторноймодели.
Времена жизни Ds -мезона и 15032-95.jpg15032-96.jpg -барионов известны с худшей точностью:

15032-97.jpg15032-98.jpg

15032-99.jpg

Наиб. полная информация о массах и парциальныхширинах распадов очарованных мезонов была получена в экспериментах по аннигиляциипары е + е - в адроны, проведённых на встречных электронно-позитронныхпучках. В этих экспериментах был. в частности, открыт мезон 15032-100.jpg(3770)(см. Кварконий), к-рый распадается практически всегда на пару 15032-101.jpg.Поскольку сечение рождения 15032-102.jpg(3770) при резонансной энергии велико, то встречные е + е - -пучкиявляются как бы фабрикой D-мезопов.
Однако первое, правда косвенное, указаниена существование О. ч. было получено при изучении взаимодействий мюонныхнейтрино с нуклонами; в 1974 на ускорителе в Батейвии (США) были зарегистрированыт. н. димюонные события:

15032-103.jpg

когда в конечном состоянии наблюдаютсядва мюона, а остальные частицы (X) не идентифицируются. Димюонные событияестественно было интерпретировать как рождение О. ч., напр.

15032-104.jpg

с последующим слабым лептонным распадомD-мезона. Прямое свидетельство в пользу существования О. ч. было полученов 1976 - 77 в опытах но аннигиляции е + е -.
Особые трудности представляет измерениевремени жизни О. ч. Для решения этой задачи была развита спец. методика. <Время жизни определялось по длине пробега в фотоэмульсии. Однако для выделенияредких событий рождения О. ч. поиск таких реакций проводился только в томслучае, когда регистрировались продукты распада О. ч. (напр., с помощьювнеш. мюонного идентификатора).
Открытие О. ч. явилось триумфом теории, <в особенности кварковой модели адронов, к-рая предсказала существованиеновых частиц задолго до их эксперим. обнаружения. Несколько условно развитиетеоретич. представлений об О. ч. можно разбить на три этапа. В 60-х гг. <существование О. ч. обсуждалось как возможное, но не обязательное расширениесемейства известных тогда кварков: и, d,s, с(?). В 1970в работе Ш. Глэшоу (Sh. Glashow). Дж. Илиопулоса (J. Iliopulos), Л. Майани(L. Maiani) было показано, что должны существовать относительно лёгкие- не тяжелее неск. ГэВ - О. ч. Существование нового кварка было необходимымусловием самосогласованности теории слабого взаимодействия. Поэтому предсказывалисьи амплитуды слабого взаимодействия с -кварка, в частности преимуществ. <связь с -кварков с s -кварками.
Нет никаких сомнении в том, что исходныетеоретич. представления, приведшие к предсказанию О. ч., верны. После открытияО. ч. возникла задача более детального динамич. описания свойств с -кваркови адронов, состоящих из этих кварков. Оказалось, что относительно большаявеличина массы очарованного кварка, как правило, позволяет значительноупростить теоретич. описание и тем самым выявить его осн. закономерности. <В частности, мезоны, составленные из пары кварков 15032-105.jpgнаиб. просто описываются в рамках
совр. теории сильного взаимодействия - квантовой хромодинамики. Энергия связи этих мезонов оказываетсячувствительной к величине т. к. вакуумного глюонного конденсата. В рамкахпотенциальных моделей изучение мезонов, состоящих из очарованных кварков, <позволило установить вид потенциала взаимодействия между кварками (суммачленов пропорциональных r и r-1, где r- расстояние между кварками).
В то же время сравнение теоретич. предсказанийс опытом выявило несостоятельность нек-рых динамич. представлений. Вышеотмечалось, что для описания слабых распадов О. ч. оказалась непригоднойспектаторная модель. Поскольку эта модель заведомо должна быть верна длядостаточно тяжелых кварков, то ясно, что масса кварка, равная 1,5 ГэВ, <ещё недостаточно велика, чтобы пользоваться асимптотическими по массе кваркаф-лами. Сечение рождения О. ч. в столкновениях нуклонов оказалось значительнобольше, чем предсказывалось теоретически. Для объяснения этих данных возниклимодели, согласно к-рым волновые ф-ции обычных нуклонов содержат значит, <примесь состояний с очарованными кварками ( сс). Подобные моделиозначают модификацию обычных представлений о нуклонах. Альтернативным объяснениемявляется неприменимость теории возмущений к процессам рождения О. ч.
В целом после открытия О. ч. практическине осталось сомнения в реальности существования кварков.

Лит.: Вaйсенберг Л. О., Определениевремени жизни очаропанных частиц, "Природа", 1981, № 4, с. 74; Окунь, Л. <Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990, гл. 14.

В. И. Захаров.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ" в других словарях:

  • ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ — Введение. Э. ч. в точном значении этого термина первичные, далее неразложимые ч цы, из к рых, по предположению, состоит вся материя. В совр. физике термин «Э. ч.» обычно употребляется не в своём точном значении, а менее строго для наименования… …   Физическая энциклопедия

  • Элементарные частицы —          Введение. Э. ч. в точном значении этого термина первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. В понятии «Э. ч.» в современной физике находит выражение идея о первообразных сущностях,… …   Большая советская энциклопедия

  • ПСИ-ЧАСТИЦЫ — (см. МЕЗОНЫ СО СКРЫТЫМ ОЧАРОВАНИЕМ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. ПСИ ЧАСТИЦЫ …   Физическая энциклопедия

  • РЕЗОНАНСЫ — (резонансные частицы), короткоживущие возбуждённые состояния адронов. В отличие от др. нестабильных элем. ч ц, Р. распадаются в осн. за счёт сильного взаимодействия. Поэтому их времена жизни лежат в интервале 10 22 10 24 с, что по порядку… …   Физическая энциклопедия

  • СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — одно из четырёх известных фундам, вз ствий между элем. ч цами. С. в. гораздо слабее не только сильного, но и эл. магн. вз ствия, но гораздо сильнее гравитационного. О силе вз ствия можно судить по скорости процессов, к рые оно вызывает. Обычно… …   Физическая энциклопедия

  • МЕЗОНЫ СО СКРЫТЫМ ОЧАРОВАНИЕМ — (чармоний), семейство тяжёлых адронов, состоящих из «очарованных» кварка (с) и антикварка (с=). Назв. связано с тем, что квант. число «очарование» у с и с противоположны, так что суммарное «очарование» равно нулю. Второе назв. «чармоний» ч цам… …   Физическая энциклопедия

  • ГИПЕРОНЫ — (от греч. hyper сверх, выше), нестабильные элем. ч цы с массой больше нуклонной и большим (по яд. масштабам) временем жизни; относятся к адронам и явл. барионами. Г. обладают особым квант. числом странностью (S) и вместе с К мезонами и нек рыми… …   Физическая энциклопедия

  • ТРЕКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ЧАСТИЦ — детекторы заряж. частиц и ядерных фрагментов, регистрация к рых сопровождается появлением наблюдаемых следов (треков), повторяющих траекторию частицы или фрагмента. По этой причине Т. д. ч. часто наз. визуальными. К Т. д. ч. относят… …   Физическая энциклопедия

  • Список частиц — Это список частиц в физике элементарных частиц, включающий не только открытые, но и гипотетические элементарные частицы, а также составные частицы, состоящие из элементарных частиц. Содержание 1 Элементарные частицы 1.1 Стандартная модель …   Википедия

  • Классификация элементарных частиц — Это список частиц в физике элементарных частиц, включающий не только открытые, но и гипотетические элементарные частицы, а также составные частицы, состоящие из элементарных частиц. См. также «Хронология открытий элементарных частиц» … …   Википедия

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.