Законы сохранения

универсальные (выполняются во всех взаимодействиях)

1. Энергии E
2. Импульса P
3. Момента количества движения J
4. Электрического заряда Q
5. Барионного числа (заряда) B
6. Лептонного числа (заряда) L_е, L_μ, L_τ

выполняется только в сильном взаимодействии

7. Изоспина I, Проекции изоспина I ₃

выполняется в сильном и электромагнитном взаимодействиях

8. Четности P

9. Странности (Strangeness) S

10. Очарования (Charm) C

11. Bottom B

12. Top T

Первые шесть законов универсальны, т.е. выполняются всегда (во всех взаимодействиях). Изоспин сохраняется только в сильных взаимодействиях. Остальные законы сохранения не выполняются в слабых взаимодействиях. В мире частиц действует много новых законов сохранения (с 9-го по 12-й). Эти четыре закона, а так же закон сохранения изоспина, напрямую связаны с кварковой структурой адронов, т.е. со специфическими квантовыми числами, присущими кваркам.

Квантовое число странность было введено в 1953 г. Гелл­-Манном задолго до появления кварковой модели. Название этого квантового числа происходит от казавшегося странным поведе­ния некоторых частиц, которые рождались только парами, а рас­падались по одиночке. Так, наблюдались два процесса

p + π^- + Κ⁰?

(8.4)

0 + 0 = -1 + 1

p + π^-,

(8.5)

-1 ≠ 0 + 0

Первый из них - рождение частицы - происходит быстро (за время ≈ 10^-23 с), т. е. за счет сильного взаимодействия. Второй – распад - сравнительно медленно (≈ 10^-10 с), за счет слабого взаимодействия. Важно то, что частица в первой реак­ции появляется только в паре с другой (Κ⁰). Распадается же вполне «самостоятельно» с образованием тех же двух частиц р и π^-, столкновение которых приводит к появлению совместно с Κ⁰. Существование двух обсуждаемых процессов можно объ­яснить введением нового квантового числа (странности S), ко­торое равно нулю для p и π^-, -1 для и +1 для Κ⁰. Если при этом предположить, что странность сохраняется в сильных вза­имодействиях и не сохраняется в слабых, то процессы (8.4) и (8.5) получают объяснение (квантовые числа странности приве­дены под символами частиц в процессах (8.4) и (8.5)).

Сформулируем точное разли­чие частицы и античастицы. При переходе от частицы к анти­частице (и наоборот) знаки всех аддитивных квантовых чисел (имеющих смысл зарядов различного типа) меняются на проти­воположные, т. е. меняют знак Q, B, L _e, L _μ, L _τ, I ₃, S, C, B, T, а также магнитный момент частицы, так как он пропорционален элек­трическому заряду Q;

не меняются масса частицы, ее спин, изоспин I, величина магнитного момента, время жизни и способ распада частицы (с заменой всех частиц распада на античастицы).

Так, из (8.5) следует, что частица (антилямбда-гиперон) распадается следующим образом:

+ π⁺

(8.6)

+1 ≠ 0 + 0

Цифры под символами античастиц в (8.6) – их квантовые числа странности. Электрический заряд антипротона (в единицах е) равен -1.

Если все аддитивные квантовые числа (заряды) частицы равны нулю, то такая частица тождественна своей античастице, т.е. ничем от нее не отличается. Подобные частицы называются истинно нейтральными. Примерами таких частиц являются фотон (γ), π ⁰ - мезон и Z - бозон.

В таблице 1 систематизированы законы сохранения для элементарных частиц.

Знак «+» («-») показывает, что данная величина сохраняется (не сохраняется). В аддитивных законах сохраняется сумма величин, в мультипликативных законах - произведение величин, которые могут быть равны +1 или -1.