Hyperon

Hyperony  jsou rodinou elementárních částic, baryonů , obsahujících alespoň jeden s -kvark , ale neobsahující těžší kvarky ( c a b ) [1] . Všechny hyperony tedy mají nenulovou podivnost , ale nulové kouzlo a kouzlo .

Vlastnosti hyperonů

Všechny známé hyperony se skládají ze tří kvarků a (jako všechny baryony) jsou fermiony . To znamená, že mají rotaci polovičního čísla a podřizují se statistikám Fermi-Dirac . Všechny interagují prostřednictvím silné interakce , to znamená, že jsou to hadrony . Skládají se ze tří lehkých kvarků , z nichž alespoň jeden je kvark s , což z nich dělá zvláštní baryony . Hyperony v přízemním (neexcitovaném) stavu se rozpadají přímo nebo nepřímo na proton nebo neutron a jeden nebo více mezonů za čas zpravidla asi 10 −10 sekund (s výjimkou Σ 0 -hyperonu, který se rozpadá za 7,4 10 −20 s ).

Hyperony byly objeveny v kosmickém záření v roce 1947 Butlerem a Rochesterem, ale jejich existence byla prokázána až v roce 1951 [2] . Detekované částice ( lambda hyperony ) se nazývaly lambda částice, protože se ve většině případů rozpadly na proton a nabitý pion, který na snímcích dráhy vytvořil „vidličku“ připomínající písmeno Λ (samotná dráha hyperonu nebyla vidět, protože hyperon lambda je neutrální, zatímco stopy pouze nabitých částic jsou pozorovány). Na obrázku byla pozorována interakce protonu s jádrem, ve kterém se částice zrodila, ale před rozpadem stihla neutrální částice urazit dostatečnou vzdálenost, aby se rozpadová „vidlička“ neshodovala s místem narození. To znamenalo, že nová částice žila poměrně dlouhou dobu ( 2,6⋅10 −10 s ) podle standardů mikrosvěta. Zvláštní bylo, že částice se účastnila silných interakcí (to bylo patrné z reakcí, ve kterých se zrodila), a tudíž její životnost měla být velmi krátká ( <10 −20 s ). Paradoxně dlouhá životnost většiny hyperonů je způsobena skutečností, že k rozpadu jejich základních stavů dochází pouze prostřednictvím slabých interakcí, protože, jak se později ukázalo, silné a elektromagnetické interakce nemění podivnost  - nové kvantové číslo, které bylo zavedeno přesně vysvětlit neobvyklé chování hyperonů a K -mezonů (druhé obsahují i ​​s -kvarky).

Klasifikace hyperonů

Kvarkový model zavádí klasifikaci hyperonů.

Hyperony s jedním s -kvarkem se označují řeckými písmeny Λ ( isospin 0, elektrický náboj 0) a Σ (isospin 1, náboj −1, 0, +1). Složení hyperonů lambda a sigma také zahrnuje dva lehké kvarky ( u - a d - ) v různých kombinacích.

Hyperony se dvěma s - kvarky se označují písmenem Ξ . Xi-hyperony také obsahují jeden kvark u - nebo d - a mají isospin 1/2 a náboj 0 nebo -1.

Hyperony obsahující tři s - kvarky se označují písmenem Ω . Omega hyperony mají nulový isospin a náboj -1.

Antihyperony nesou reciproční kvantová čísla. Je třeba poznamenat, že Σ − a Σ + nejsou vůči sobě navzájem antičásticemi, což je patrné alespoň z jejich kvarkového složení ( dds a uus ). Neutrální hyperony ( Λ 0 , Σ 0 , Ξ 0 ) nejsou skutečně neutrálními částicemi (tj. ne antičásticemi k sobě); takže kromě lambda-nula-hyperonu, který se nejčastěji rozpadá na proton a negativní pion , existuje anti-lambda-nula-hyperon ( Λ 0 ), který se obvykle rozpadá na antiproton a kladný pion.

Životnost téměř všech základních stavů hyperonů je asi 10 −10 s . Výjimkou je Σ 0 , které podléhá elektromagnetickému rozpadu Σ 0  → Λ 0  +  γ za 7,4⋅10 −20 s ; tento rozpad nemění podivnost a je proto povolen, zatímco ostatní elektromagnetické rozpady hyperonu jsou potlačeny zachováním podivnosti v elektromagnetických a silných interakcích. Kromě hlavních dlouhotrvajících stavů existují excitované stavy (tzv. rezonance ), jejichž životnost je 10 −22 -10 −24 s . Takové excitované stavy hyperonů jsou označeny jako hlavní s připočtením jejich přibližné hmotnosti v závorkách (zaokrouhleno v krocích po 5 MeV ), např.: Σ (1385) - označuje excitovaný stav sigma-minus-hyperon o hmotnosti 1382,8 MeV .

Ω − -hyperon má zvláštnost −3, proto v procesu jeho slabého rozpadu na proton nebo neutron dochází k mnohonásobné změně chuti . Jeden takový třístupňový rozpad byl pozorován v experimentu s kosmickým zářením , ale dokud nebyly vytvořeny a studovány další Ω − urychlovači částic , Murray Gell-Mannův model SU(3) (někdy nazývaný Osminásobná cesta ) nebyl vytvořen . definitivně potvrdil.

Hyperon research

První studie hyperonů byly provedeny v 50. letech 20. století a přiměly fyziky k vytvoření organizované klasifikace elementárních částic. V současné době se výzkum v této oblasti provádí v mnoha laboratořích po celém světě, včetně CERN , Fermilab , SLAC , JLAB , BNL , KEK a dalších. Existují hledání porušení CP , měření rotace , studie excitovaného stavu (běžně nazývané spektroskopie ) a hledání exotických stavů, jako jsou pentakvarky .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Nejtěžší, t -kvark , jak víte, nemůže být součástí částic, protože jeho životnost je příliš krátká na to, aby vznikly vázané stavy.
  2. ↑ Armenteros R., Barker KH, Butler CC, Cachon A., Chapman AH Decay of V-Particles   // Nature . - 1951. - Sv. 167 , č.p. 4248 . - S. 501-503 . - doi : 10.1038/167501a0 .
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích