Гипероны

Гипероны –тяжелые нестабильные элементарные частицы с массой больше массы нуклона, обладающие барионным зарядом В = 1 и большим временем жизни по сравнению с ядерным временем (~10 ^-23 сек). Известны гипероны: ламбда , три сигма два кси ( ) и омега . Все гипероны имеют спин ½, спин Ω^- -гиперона 3/2, и являются фермионами. Время жизни гиперонов порядка 10^-10 сек, затем они распадаются на легкие частицы пи-мезоны. электроны. нейтрино, γ-кванты. При столкновении π-мезонов и нуклонов с нуклонами гипероны всегда рождаются совместно с К-мезонами и также обладают квантовым числом странностью S. Основные характеристики гиперонов. относящихся к странным барионам, приведены в таблице 2.3.

Табл.2.3

Название гиперона	Символ	Масса Мэв	Время жизни 10 -10 сек	Странность S	Основные распады
Ламбда-ноль		1115,60	2,63	-1
Сигма-плюс		1189,37	0,8	-1
Сигма-ноль		1192,47	6 10-20 cек	-1
Сигма-минус		1197,35	1,48	-1
Кси-ноль		1314,9	2,9	-2
Кси-минус		1321,32	1,65	-2
Омега-минус		1672,2	1,1	-3

Примечание: Распады гиперонов с испусканием лептонов не приводятся из-за их малой вероятности.

Мультиплеты – совокупности частиц обладающие близкими массами, одинаковыми спинами и сохраняющимися в сильном взаимодействии квантовыми числами: странностью и др.

Близкие по массе адроны, имеющие одинаковые значения барионного числа, спина и квантовые числа могут быть объединены в изотопические мультиплеты, которые включают в себя адроны с разными электрическими зарядами. Это группы частиц имеющие определенные значения проекции изотопического спина Т₃. Их число в мультиплете 2Т+1.Математически объединение адронов в мультиплеты отражает наличие у них симметрии связанной с группой унитарных преобразований в двумерном комплексном «внутреннем» изотопическом пространстве SU(2). Изотопические мультиплеты суть неприводимые представления группы SU(2). Простейшим примером частиц, которые можно объединить в один изотопический мультиплет (изодублет), являются протон и нейтрон. Они рассматриваются как два зарядовых состояния одной частицы – нуклона,из которой состоят ядраатомов.

Электрический заряд частиц принадлежащих одному изотопическому мультиплету определяется формулой Гелл-Мана – Нишиджимы:

Q = T₃ + (B+S), (2.1)

здесь всего 2Т+1 значение, Т – изотопический спин, для нуклона Т=1/2. Т₃= +1/2 для протона, Т₃= - 1/2 для нейтрона.

Изотопические мультиплеты, отличающиеся только значением странности S могут быть объединены в группы по 8 частиц(октеты) и 10 частиц (декуплеты) - супермультиплеты. |Математически супермультиплеты описываются группой SU(3)-группой унитарных преобразований в трехмерном комплексном пространстве. Группа учитывает приближенную симметрию адронов относительно изотопического спина и странности одновременно.

Основные результаты SU(3)-теории.

1.Супермультиплеты это наприводимые представления группы SU(3) - синглеты (1), октеты (8), декуплеты (10). Примеры группы частиц с одинаковыми значениями спина I и четности P

октет мезонов:

октет адронов :

декуплет гиперонов: .

Унитарный октет адронов включающий изотопический дублет нуклонов, изотриплет –гиперонов, изосинглет- и изодублет -гиперонов показан на рис.2.1.

2. Массы частиц внутри мультиплета различаются, следовательно, симметрия SU(3) не является точной, и нарушается. Однако расщепление масс внутри супермультиплета не затрагивает массы внутри изотопических мультиплетов SU(2) входящих в состав супермультиплетов. Общепринятой является полуэмпирическая формула Окубо - Гелл-мана для масс адронов внутри супермультиплета:

. (2.2)

где ,а, –эмпирические константы для разных мультиплетов, n=1для барионов n=2 для мезонов. Для гиперонного декуплета n=1, B=1, T=(S+3) 1/2 , формула принимает простой вид

m=c₁+c₂S , где c₁=m₀+a+b7/2, c₂=a+b3/2.

Для масс частиц декуплета должно иметь место соотношения:

, .

В самом деле: 147=1529-1382 = 1382-1236 =146 первая формула верна. Из второй формулы следует предсказание массы частицы омега-минус гиперон ( Ω ^-):

m_Ω- =1529+147=1676 Мэв. Так была открыта частица Ω ^- -гиперон с массой 1675 Мэв!

Согласно принципу зарядового сопряжения каждой частице должна соответствовать античастица. Античастицей (по отношению к данной частице) называют частицу, обладающую той же массой, спином, временем жизни, что и данная частица, но имеющую зарядовые квантовые числа и магнитные моменты противоположного знака. Частица и античастица обычно рождаются парами. При встрече они аннигилируют (взаимно исчезают) образуя частицы, рождение которых зависит от энергии исходных частиц и не запрещено законами сохранения. Античастица обозначается той же буквой, но со знаком тильда ~ над ней. Например, античастицей электрона е ^- является позитрон е⁺.

Антипротон был обнаружен в 1956 г. Его заряд = - заряду протона, магнитный момент барионный заряд В= -1, Проекция изоспина . Порог рождения анитипротона в нуклон-нуклонных соударениях равен Гэв. Нейтрон имеет античастицу – антинейтрон , у которого электрический заряд = 0, но барионное число В = -1, схема распада . При встрече антинуклона с нуклоном происходит реакция аннигиляции -мезонов (95%) и К-мезонов (5%). При аннигиляции электрона и позитрона обычно возникают гамма- кванты. В 1965 г. в США зарегистрировано первое анти ядро-антидейтрон состоящий из антипротона и антинейтрона. В 1970 г. в России зарегистрировано ядро антигелия из двух антипротонов и одного антинейтрона.

Истинно нейтральными частицами являются частицы не обладающие никакими зарядовыми квантовыми числами (электрический заряд Q , лептонный заряд L, барионный заряд B, cтранность S и др.). Это фотон , пи-ноль-мезон и др.