Семейство адронов

Адроны — класс элементарных частиц, участвующих наряду с электромагнитным и слабым, также в сильном взаимодействии. Семейство адронов является наиболее многочисленным и включает в себя порядка 400 частиц (включая античастицы). До открытия τ -лептона (1975) считалось, что адроны являются самыми крупными и тяжелыми из всех известных микрочастиц.

Адроны делятся на «стабильные частицы» (в основном среднее время жизни t» 10^-23 с) и резонансы [время жизни совпадает с характерным временем жизни сильного взаимодействия (t ~ 10^-23 с)]. К «стабильным частицам» относят протон, нейтрон, пионы, каоны, гипероны (см. табл. 3) и их античастицы. Единственной действительно стабильной частицей из этой группы является протон [остальные нестабильны: путем последовательных распадов превращаются в протон и другие легкие частицы (нейтрон стабилен только в связанном состоянии, т. е. в атомных ядрах)].

Распад резонансов происходит за счет сильного взаимодействия, а распад «стабильных частиц» — за счет электромагнитного и слабого взаимодействий.

Деление стабильных адронов на две подгруппы осуществляется по спину и типу статистики. Так, адроны, обладающие целым спином и относящиеся по типу статистики к бозонам, называют мезонами, а адроны, обладающие полуцелым спином и относящиеся к фермионам — барионами.

Для выделения барионов, как группы элементарных частиц, им приписывают барионный заряд В. Для барионов В = 1, для антибарионов В = -1, для всех остальных элементарных частиц (в том числе и мезонов) В = 0.

В настоящее время считается, что при любых реакциях и любых взаимодействиях элементарных частиц барионный заряд сохраняется: в этом заключается закон сохранения барионного заряда. Барионный заряд не связан ни с какими полями, а является лишь средством учета частиц-барионов при взаимопревращаемости элементарных частиц. Например, для реакции (3)

, (4)

для которой выполняется закон сохранения лептонного заряда, выполняется и закон сохранения барионного заряда (1 = 1+ 0 + 0).

Хотя мезоны и относятся к адронам, их барионный заряд, как впрочем и лептонный заряд, равен нулю. Это приводит к тому, что при взаимодействиях элементарных частиц мезоны могут возникать в любых количествах, однако при этом должны соблюдаться законы сохранения энергии, импульса, спина и зарядовых чисел.

Все адроны распределяются по небольшим группам, называемым изотопическими мультиплетами (изомультиплетами). Это — группы элементарных частиц, одинаковым образом участвующие в сильном взаимодействии, имеющие близкие массы, одинаковые барионные заряды, одинаковые спины и различающиеся электрическими зарядами [например, протон и нейтрон; π⁺, π ^- и π ⁰ (см. табл. 3). Адронам присуща изотопическая инвариантность, заключающаяся в том, что сильное взаимодействие для всех адронов, входящих в один и тот же изомультиплет, одинаково, т. е. не зависит от электрического заряда.

Таблица 3.

Группа	Название частицы	Символ	Заряд, ед. е	Масса покоя, ед. m	Спин, ед. ħ	Изо-спин I	Лептонное число L	Бари- оное число B	Cтран- ность S
частицы	анти-частицы
Фотоны	Фотон	γ				-
Лептоны	Электрон     Электро- нное нейтрино   Мюон   Мюонное нейтрино   Тау-лептон   Таонное нейтрино	e- μ- τ-	e+ μ+ τ+		206,8	½     ½   ½   ½     ½     ½	-     -   -   -     -     -	+1     +1   +1   +1     +1     +1
Андроны	Мезоны	Пионы   Каоны   Эта-мезон	π0 π+ К0 К+ η0	π- К- η0		264,1 273,1 974,0 966,2		½ ½ -			+1 +1
Барионы	Протон   Нейтрон Гипероны: ламбда   сигма   кси     омега					½   ½   ½   ½ ½ ½   ½ ½   3/2	½   ½       ½ ½		+1   +1   +1   +1 +1 +1   +1 +1   +1	-1   -1 -1 -1   -2 -2   -3

Изомультиплету приписывают изоспин I — внутреннюю характеристику адронов, определяющих число (n) частиц в изотопическом мультиплете:

n = 2 I + 1.

Так, для нуклонов изоспин I = 1/2 (число нуклонов в изомультиплете равно 2), изоспин пиона I = 1 (в пионном изомультиплете n = 3). Подчеркнем еще раз, что изоспин приписывают только элементарным частицам, участвующим в сильных взаимодействиях.

Во всех процессах, связанных с превращениями элементарных частиц, обусловленными зарядово-независимыми сильными взаимодействиями, изотопический спин сохраняется: в этом заключается закон сохранения изотопического спина.

Date: 2015-05-19; view: 1096; Нарушение авторских прав