ГИПЕРОНЫ


ГИПЕРОНЫ
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 резонансами образуют группу странных ч-ц. Новая хар-ка ч-ц — странность введена в 1955 амер. физиком М. Гелл-Маном и япон. физиком К. Нишиджимой для интерпретации закономерностей рождения и распада Г. и К-мезонов, в частности того факта, что при столкновении p-мезонов с нуклонами Г. всегда рождались совместно с К-мезонами (рис. 1), в поведении к-рых обнаруживаются те же особенности, что и у Г.
Известно неск. типов Г.: лямбда (L) с массой т »1116 МэВ, сигма (S-, S0, S+) с m»1190 МэВ, кси (?-, ?0) с m»1320 МэВ и омега (W-) с m»1670 МэВ; все они имеют свои античастицы, обнаруженные экспериментально. Странность Г. отрицательна (антигиперонов — положительна): у L- и S-Г. S=-1, у ?-Г. S=- 2, у W-Г. S=-3. Рождаясь в сильном вз-ствии, Г. распадаются за счёт слабого взаимодействия со ср.
ГИПЕРОНЫ1.
Рис. 1. Фотография (а) и схематич. изображение (б) случая парного рождения L0-гиперона и К0-мезона на протоне в жидко-водородной пузырьковой камере под действием p--мезона: p-+р®-L0+К0. Реакция обусловлена сильным вз-ствием и разрешена законом сохранения странности (в нач. и кон. состоянии суммарная странность ч-ц S=0). На снимке видны также распады L0 и К0 под действием слабого вз-ствия: L0® р+p-, К0® p++p- ; в каждом процессе странность меняется на единицу. Пунктирные линии на рис. б изображают пути нейтр. ч-ц, не оставляющих следа в камере.
временем жизни t =10-10 с (за исключением S°, распадающегося в результате эл.-магн. вз-ствия с t =10-19 с). Осн. способы распада:
L®р+p-, n+p0; S+®р+p0,
n+p+ ; S0®L+g;
S-®p-+n; ?0®L+p0;
?-®L0+p-; W-®?0 +p-,
?-+p0, L+K-.
Распады с испусканием лептонов составляют доли % от осн. способов распада. Все распады, обусловленные слабым вз-ствием, происходят с изменением странности на единицу (в сильном и эл.-магн. вз-ствиях странность сохраняется). Рис. 2 иллюстрирует процессы сильного и слабого вз-ствия Г.
Первый Г. (L) открыт в косм. лучах (1947). Детальное изучение Г. стало возможным после того, как их получили с помощью ускорителей заряж. ч-ц. В 70-х гг. созданы пучки заряж. и нейтр. Г. с энергией 20— 100 ГэВ; такие Г. благодаря релятив. увеличению времени жизни успевают пролететь до распада расстояния до неск. м. Гиперонные пучки существенно увеличили возможность систематич. исследования вз-ствий Г. (Последние данные о временах жизни Г. (см. в табл. 1 в ст.. (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ))
Сильное вз-ствие Г., как и др. адронов, обладает симметрией, наз. изотопической инвариантностью и проявляющейся в том, что ч-цы группируются в изотопич. мультиплеты. Г. образуют четыре изотопич. мультиплета: W и L — изотопич. синглеты, ?-Г.— изотопич. дублет (?-, ?0), 2-Г.—изотопич. триплет (S+ , S0, S-). Аналогичные мультиплеты образуют антигипероны. По ряду св-в Г. довольно близки к др. барионам и могут быть объединены вместе с ними в более широкие ' семейства — унитарные мультиплеты, отвечающие унитарной симметрии SU (3). С помощью этой симметрии удалось предсказать существование и св-ва W--Г.
Св-ва Г. можно объяснить в рамках совр. кварковой модели ч-ц. Согласно этой модели, Г., как и др. барионы, состоят из трёх кварков, причём в состав Г. обязательно входят s-кварки — носители странности. Странность s-кварка S=-1, так что в Г. Л и 2 входит один s-кварк, в ?-Г.— два, а W-Г. состоит из трёх s-кварков. В распадах Г., обусловленных слабым вз-ствием, s-кварк переходит в u-кварк с S=0. Поэтому слабые распады происходят с изменением S на единицу. Этот закон запрещает распад ?-Г. на нуклон и p-мезоны, т. к. при этом странность изменилась бы на два. Распад ? происходит в два этапа: ?®L+p; L ®N+p. Поэтому ?-Г. наз. каскадным. Каскадные распады претерпевают также W-Г. Другие правила отбора позволяют объяснить соотношения между вероятностями разл. каналов распада Г.
При вз-ствии быстрых ч-ц с ядрами могут возникать т. н. гиперядра, в к-рых один из нуклонов ядра замещён L-Г. (наблюдались также гиперядра с двумя L-Г.).
ГИПЕРОНЫ2.
Рис. 2. Фотография (а) и схематич. изображение (б) рождения и распада антигиперона W=(W+) в пузырьковой камере, наполненной жидким дейтерием и находящейся в магн. поле. W- рождается (в точке 1) в реакции К+d®W=+L0+L0+р+p++p-. Согласно законам сохранения барионного заряда В и (в сильном вз-ствии) странности S, рождение антибариона W= (В=-1) на дейтроне (В=+2) сопровождается рождением трёх барионов: L0, L0, р (в нач. состоянии S=+1). Распады образовавшихся ч-ц происходят в результате слабого вз-ствия с изменением S на единицу. Один L0 распадается (в точке 2) на p и p-, а другой L0 выходит из камеры, не успев распасться (на рисунке не помечен; его наличие подтверждается законом сохранения энергии и импульса); W= распадается (в точке 3) на антилямбда-гиперон L=0 и К+ ; L=0 распадается (в точке 4) на p^ и p+; p^ (в точке 5) аннигилирует с протоном, образуя неск. p-мезонов.

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

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. Poчестером (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 ~10-10 с. Исключением является эл.-магн. распад 1119924-371.jpg без изменения странности, происходящий за время ~5*10-20 с. 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 ~10-10 с, 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 для 1119925-21.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 угол1119925-30.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 антикварк 1119925-34.jpg, могли бы проявляться как Г. с положит. значением странности. Экспериментально такие Г. пока не наблюдались. Не обнаружены также предсказываемые теоретически шестикварковые состояния 1119925-35.jpg.

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

С. С. Герштейн.



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


.

Смотреть что такое "ГИПЕРОНЫ" в других словарях:

  • ГИПЕРОНЫ — (от греч. hyper сверх) нестабильные барионы с массами, большими массы нейтрона, и большим временем жизни по сравнению с ядерным временем; обладают особой внутренней характеристикой странностью. Существуют гипероны лямбда (?), сигма (?), кси (?) и …   Большой Энциклопедический словарь

  • ГИПЕРОНЫ — «тяжёлые» нестабильные элементарные (см.) из класса (см.) с массой, большей массы (см.), и большим (по ядерным масштабам) времени жизни. Г., как и (см.), состоят предположительно из трёх (см.). Все Г. рождаются в реакциях сильных (см.), а… …   Большая политехническая энциклопедия

  • гипероны — (от греч. hypér  сверх), нестабильные барионы с массами, большими массы нейтрона и большим временем жизни по сравнению с ядерным временем; обладают особой внутренней характеристикой  странностью. Существуют гипероны лямбда (λ), сигма (Σ), кси (Ξ) …   Энциклопедический словарь

  • Гипероны — (от греч. hypér сверх, выше)         тяжёлые нестабильные Элементарные частицы с массой, большей массы нуклона (протона и нейтрона), обладающие барионным зарядом (См. Барионный заряд) и большим временем жизни по сравнению с «ядерным временем»… …   Большая советская энциклопедия

  • ГИПЕРОНЫ — (от греч. hyper над, сверх) тяжёлые нестабильные элементарные частицы с массой больше массы нуклона и временами жизни от 10 10 до 101 19 с …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ГИПЕРОНЫ — (от греч. hyper сверх), нестабильные барионы с массами, ббльшими массы нейтрона и большим временем жизни по сравнению с ядерным временем; обладают особой внутр. характеристикой странностью. Существуют Г. лямбда, сигма, кси и омега …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Гипероны — …   Википедия

  • гипероны — (см. гипер... + (алектр)он) нестабильные элементарные частицы (барионы), масса которых больше массы нейтрона, а спин имеет полуцелое значение (1/2, 3/2 и т. д.); время жизни большинства гиперонов меньше 1сг10 секунды. Новый словарь иностранных… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • гипероны — гипер оны, ов, ед. ч. р он, а …   Русский орфографический словарь

  • Кси-гипероны — элементарные частицы, представляющие собой барионы со странностью −2 и изотопическим спином 1⁄2.[1]. Они группируются в мультиплеты из двух частиц: Ξ−, Ξ0. В состав Ξ гиперонов входят два s кварка и один u или d кварк. Также Ξ гиперонами принято… …   Википедия

Книги

  • Гипероны и К-мезоны, Марков М. А.. В последние годы были открыты два новых класса элементарных частиц: с одной стороны, частицы более тяжелые, чем нуклоны, - гипероны, с другой стороны, тяжелые мезоныили так называемые… Подробнее  Купить за 245 руб


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.