Знаймо![]() приховати рекламу
| Цей текст може містити помилки. КаонаПлан:
ВведенняКаона (або K-мезон, позначається K) - мезон, що містить один дивний антікварк і один u- або d-кварк (антікаони, навпаки, містять один дивний кварк і один u-або d-антикварк). Каонов - найлегші з усіх дивних (тобто мають ненульове квантове число, зване дивиною) адронів. 1. Основні властивостіІснують чотири каона з певною масою:
З кваркової моделі ясно, що каонов формують два ізоспінових дублету; тобто вони належать до фундаментальному поданням групи SU (2), званому 2. Один дублет зі дивиною +1 і ізоспіном +1 / 2 містить K + і K 0. Античастинки формується другий дублет зі дивиною -1 і ізоспіном -1 / 2.
Хоча K 0 і його античастинка
(Див. обговорення змішування нейтральних каонов нижче.) Експерименти 1964 р., що показали, що K L рідко розпадається на два півонії, привели до відкриття порушення CP-інваріантності (див. нижче). Основні варіанти розпаду для K +:
2. Дивність
В 1947 р. Дж. Рочестер і К. К. Батлер опублікували дві фотографії подій у камері Вільсона, викликаних космічними променями; на одній була показана нейтральна частинка, що розпадається на два заряджених півонії, а на іншій - заряджена частинка, що розпадається на заряджений півонія і щось нейтральне. Оцінка мас нових частинок була грубою - приблизно половина маси протона. Подальші приклади цих "V-частинок" з'явилися не скоро. Перший прорив був здійснений в Калтеха, де камера Вільсона була доставлена на гору Вільсона для більш ефективного спостереження за космічними променями. В 1950 р. було відмічено 30 заряджених і 4 нейтральних V-частинки. Натхненні цим вчені проводили безліч спостережень на вершині гори в кілька наступних років і до 1953 р. була прийнята наступна класифікація: "L-мезон" означало мюон або півонія. "K-мезон" означало частинку, що мала масу між масами півонії і нуклона. " Гіперон "означало будь-яку частку важче нуклона. Розпади були дуже повільними; типові часи життя були порядку 10 -10 секунди. Однак народження частинок в півонія- протонних реакціях відбувалося набагато швидше, з характерним часом порядку 10 -23 секунди. Проблема цієї невідповідності була вирішена Абрахамом Пайса, постулювати існування нового квантового числа, названого " дивацтвом ", яке зберігається при сильній взаємодії, але не зберігається при слабкому. Дивні частки з'являлися в великих кількостях через" пов'язаного народження "одночасно дивною і антістранной частинки. Незабаром було показано, що воно не є мультиплікативним квантовим числом, оскільки інакше були б дозволені реакції, які не спостерігались на нових циклотронах, побудованих в Брукхейвенської Національної лабораторії в 1953 р. і в Національної лабораторії Лоуренса в Берклі в 1955 р. 3. Порушення парності: загадка θ-τДля заряджених дивних мезонів було знайдено два типи розпаду:
Оскільки два кінцевих стани мають різну парність, передбачалося, що початкові стану також повинні мати різну парність, і отже бути двома різними частками. Однак більш точні вимірювання не показали ніякої різниці в їх масах і часах життя, довівши, що вони є однією і тією ж часткою. Це явище відоме як загадка θ-τ. Вона була вирішена тільки з відкриттям порушення парності в слабких взаємодіях. Оскільки мезони розпадаються за допомогою слабкої взаємодії, парність не повинна зберігатися, і два розпаду можуть бути викликані однією часткою, зараз званої K +. 4. Порушення CP-симетрії в осциляції нейтральних мезонівСпершу вважалося, що, хоча парність порушується, CP (заряд + парність) симетрія зберігається. Щоб зрозуміти відкриття порушення CP-симетрії, необхідно зрозуміти змішування нейтральних каонов; це явище не вимагає порушення CP-симетрії, але саме в цьому контексті вперше спостерігалося порушення CP-симетрії. 4.1. Змішування нейтральних каонов![]() Два різних нейтральних K мезона, що мають різну дивина, можуть перетворюватися один в одного за допомогою слабкої взаємодії, оскільки в цій взаємодії не зберігається дивина. s-Кварк в K 0 перетворюється в d-кварк, випускаючи два W-бозона протилежних зарядів. d-антикварка в K 0 перетворюється в s-антикварк, поглинаючи їх. Оскільки нейтральні каонов мають дивина, вони не можуть бути своїми власними античастинками. Тоді має бути два різних нейтральних каона, що розрізняються на дві одиниці дивацтва. Питання в тому, як встановити існування цих двох мезонів. Рішення використовує явище, назване осциляції нейтральних частинок, при якому ці два види мезонів можуть перетворюватися один в одного за допомогою слабкої взаємодії, яке змушує їх розпадатися на піони (див. доданий малюнок). Ці осциляції вперше були досліджені Мюрреєм Гелл-Манном і Абрахамом Пайса в їхній спільній роботі. Вони розглянули CP-інваріантну тимчасову еволюцію станів з протилежного дивиною. У матричних позначеннях можна написати де ψ - це квантовий стан системи, що характеризується амплітудами існування в кожному з двох основних станів (які позначені a і b під час t = 0). Діагональні елементи (M) гамільтоніана відповідають сильному взаємодії, при якому зберігається дивина. Два діагональних елемента повинні бути рівними, оскільки частка і античастинка мають рівні маси в відсутність слабкої взаємодії. Не лежать на діагоналі елементи, які змішують частинки з протилежного дивиною, викликані слабкою взаємодією; CP-симетрія вимагає, щоб вони були дійсними. Якщо матриця H дійсна, ймовірності двох станів будуть вічно коливатися взад і вперед. Однак, якщо якась частина матриці буде уявної, хоча це заборонено CP-інваріантність, тоді частина комбінації з часом буде зменшуватися. Зменшуваною частиною може бути або одна компонента (a), або інша (b), або суміш обох. 4.1.1. ЗмішуванняВласні стану виходять при діагоналізації цієї матриці. Це дає нові власні вектори, які ми можемо назвати K 1, який є сумою двох станів з протилежного дивиною, і K 2, який є різницею. Обидва вони є власний стан CP з протилежними власними значеннями; K 1 має CP = +1, а K 2 має CP = -1. Оскільки двухпіонное кінцевий стан також має CP = +1, тільки K 1 може розпадатися цим шляхом. K 2 повинен розпадатися на три півонії. Оскільки маса K 2 трохи більше суми мас трьох півоній, цей розпад відбувається дуже повільно, приблизно в 600 разів повільніше, ніж розпад K 1 на два півонії. Ці два шляхи розпаду спостерігалися Леоном Ледерманом і його колегами в 1956 р., які встановили існування двох слабких власних станів (станів з певним часом життя при розпаді нейтральних каонов допомогою слабкої взаємодії) нейтральних каонов. Ці два власних стану були названі K L (K-long) і K S (K-short). CP-симетрія, яка в той час вважалася непорушною, припускає, що K S = K 1 і K L = K 2. 4.1.2. Осциляція Спочатку чистий пучок K 0 буде при розповсюдженні перетворюватися у свої античастинки, які потім будуть перетворюватися назад в початкові частки, і так далі. Це явище було названо осциляцією частинок. При спостереженнях розпадів на лептони з'ясувалося, що K 0 завжди розпадався з емісією електрона, в той час як античастинка 4.1.3. Відновлення Пучок нейтральних каонов в польоті розпадається так, що короткоживучий K S зникає, залишаючи потік чистих довгоживучих K L. Якщо цей потік проходить через речовину, K 0 і його античастинка 4.2. Порушення CP-симетріїНамагаючись перевірити результати Адер, в 1964 р. Джеймс Кронін і Вел Фітч з BNL виявили розпад K L на два півонії (CP = +1). Як зазначено вище, цей розпад вимагає, щоб передбачувані початкові і кінцеві стани мали різні значення CP, і, отже, негайно предполагет порушення CP-симетрії. Інші пояснення, такі як нелінійність квантової механіки або нова елементарна частинка, незабаром були відкинуті, залишивши порушення CP-симетрії єдиною можливістю. За це відкриття Кронін і Фітч отримали Нобелівську премію з фізики 1980 р. З'ясувалося, що хоча K L і K S є слабкими власними станами (тому що вони мають певний час життя при розпаді допомогою слабкої взаємодії), вони не зовсім CP-стану. Замість цього, з точністю до нормувальні множника
(І аналогічно для K S), де ε - малий параметр. Таким чином, зрідка K L розпадається як K 1 з CP = +1, і аналогічно K S може розпадатися як K 2 з CP = -1. Це явище відоме як непряме порушення CP-симетрії, порушення CP-симетрії через змішування K 0 і його античастинки. Існує також і пряме порушення CP-симетрії, при якому порушення відбувається при самому розпаді. Обидва ефекти спостерігаються, оскільки і змішування, і розпад походять від одного і того ж взаємодії з W-бозоном і, таким чином, порушення CP-симетрії передвіщається ККМ-матрицею. Цей текст може містити помилки. Схожі роботи | скачати |