Каони

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Каони або K-мезони — група чотирьох мезонів, для яких характерне квантове число дивність. До складу каонів входить дивний кварк. Чотири каони позначаються: K-, K+, K0 та K0.

Дивність каонів у тому, що вони народжуються при сильній взаємодії, а розпадаються тільки через слабку взаємодію, а тому мають порівняно довгий час життя. Два нейтральних каони народжуються парами внаслідок сильної взаємодії, але згодом за допомогою механізму, який називають осциляції нейтральних частинок, перетворюються на суміш двох інших каонів: нейтрального каона з довгим часом життя і нейтрального каона з коротким часом життя. Часи життя цих двох частинок відрізняються на три порядки.

Каони відіграли значну роль у встановлені фундаментальних законів збереження.

Властивості[ред.ред. код]

Назва Частинка
символ
Анти-
частинка
символ
Складові
кварки
маса спокою (МеВ/c2) IG JPC S C B' Час життя (с) Зазвичай розпадається на

(>5% розпадів)

Заряджений
каон[1]
К+ К- us 0,493.677±0.016 1/2 0 1 0 0 1.2380±0.0021×10−8 μ+ + νμ або

π+ + π0
π+ + π+ + π- або
π0 + e+ + νe

Нейтральний каон[2] K0 K0 ds 0,497.614±0.024 12 0 1 0 0 невизначений [a] невизначено [a]
Короткий каон[3] KS0 власна \mathrm{\tfrac{d\bar{s} - s\bar{d}}{\sqrt{2}}}\,[b] 0,497.614±0.024[c] 12 0 нв 0 0 8.953±0.005×10−11 π+ + π- або

π0 + π0

Довгий каон[4] KL0 власна \mathrm{\tfrac{d\bar{s} + s\bar{d}}{\sqrt{2}}}\,[b] 0,497.614±0.024[c] 12 0 нв 0 0 5.116±0.020×10−8 π+ + e- + νe або

π- + e+ + νe або
π+ + μ- + νμ або
π- + μ+ + νμ або
π0 + π0 + π0 або
π+ + π0 + π-

[a] ^  Власний стан сильної взаємодії. Час життя не визначений)
[b] ^ Власний стан слабкої взаємодії. В будові пропущений малий член, який відповідає за порушення CP-інваріантності.
[c] ^  Маси короткого і довгого нейтральних каонів зазначені рівними масам нейтральних каонів. Однак, відомо, що між масами довгого і короткого каонів існує різниця порядка 2.2×10−11 МеВ/с[4].

Особливості нейтральних каонів[ред.ред. код]

Каон K0 має античастинку K0. Ця частинка народжується в реакціях при участі сильної взаємодії. Однак, вона не є власним станом оператора CP-парності. Внаслідок слабкої взаємодії стани K0 та K0 змішуються. Тобто, якщо при народженні утворюється пучок K0-каонів, то на деякій віддалі від джерела летить уже змішаний пучок K0 та K0.

Власними станами оператора CP-парності є стани K01 та K02.

 K^0_1 = \frac{K^0 - \bar{K}^0 }{\sqrt{2}} .
 K^0_2 = \frac{K^0 + \bar{K}^0 }{\sqrt{2}} .

Стан K01 має CP-парність  \eta_{CP} = +1 , стан K02 має  \eta_{CP} = -1 . Виходячи з міркувань збереження CP-парності, K01 розпадається на два піони, а K02 на три піони. Розпад на два піони проходить набагато швидше, ніж розпад на три піони, тому початковий пучок K0-каонів на значній віддалі від джерела стає пучком K02-каонів, який, виходячи з міркувань збереження CP-парності, не повинен розпадатися на два піони.

Проте, як показали експерименти, пучок каонів навіть на значній віддалі від джерела, розпадається із невеликою імовірністю на два піони, що свідчить про незбереження CP-парності.

Відповідно, справжніми частинками є не власні частинки оператора CP-парності K01 та K02, а інші частинки, які позначають K0S та K0L.

Історія досліджень[ред.ред. код]

Уперше каони спостерігали Джордж Рочестер та Кліффорд Чарлз Батлер в 1947, проводячи дослідження космічних променів з камерою Вілсона в Манчестерському університеті. Вони помітили, що якась нейтральна частинка розпадається на два заряджені піони, а якась заряджена частинка розпадається на заряджений піон і ще щось. Маса цих частинок була приблизно рівною половині маси протона.

У 1950 дослідники з Калтеху встановили камеру Вілсона на горі Вілсона з метою дослідження космічних променів. Вони підтвердили випадки таких реакцій. Після цього експеримент повторяли в багатьох гірських лабораторіях, і до 1953 невідомі частинки отримали назву К-мезонів. Легші мезони, піони та мюони назвали L-мезонами, а все, що було важче від протона - гіперонами.

Розпад К-мезонів відбувався повільно, за часи порядка 10-10 с, тоді як утворення за часи порядка 10-23 с. Для пояснення цього Абрагам Пайс постулював існування квантового числа, яке він назвав дивністю. Дивність зберігається при сильній, але не зберігається при слабій взаємодії.

Порушення парності[ред.ред. код]

Незабаром виявилося, що каони розпадаються не тільки на два піони, а й на три. Три піони мають інші парність, ніж два, тож спочатку думали, що спостерігаються різні частинки з близькими масами. Однак, після того, як було доведено, що при слабкій взаємодії парність не зберігається, проблема вирішилася.

Порушення CP інваріантності[ред.ред. код]

У 1964 Джеймс Кронін та Вал Фітч із Брукгейвенської національної лабораторої експериментально довели, що в реакціях із каонами не зберігається також комбінація парності і зарядової парності. КL розпадається на два піони. За це відкриття вони були нагороджені Нобелівською премією за 1980.

Джерела[ред.ред. код]

  • Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — М.: Мир, 1979. — 736 с.

Посилання в тексті[ред.ред. код]