ГИПЕРОНЫ

ГИПЕРОНЫ (от греч. hyper - сверх, выше), тяжёлые нестабильные элементарные частицы с массой, большей массы нуклона (протона и нейтрона), обладающие барионным зарядом и большим временем жизни по сравнению с "ядерным временем" Известно несколько типов Г.: лямбда

омега [значки-, О, + справа сверху у символа частиц означают соответственно отрицательно заряженную, нейтральную и положительно заряженную частицы]. Все Г. имеют спин 1/2, кроме , спин к-рого, согласно теоретич. представлениям, должен быть равен ³/₂ (т. е. Г. являются фермионалш). Г. участвуют в сильных взаимодействиях, т. е. принадлежат к классу адронов. Время жизни Г. порядка 10^-10 сек (за исключением к-рый, по-видимому, имеет время жизни порядка 10^-20 сек); за это время они распадаются на нуклоны и лёгкие частицы (я-мезоны, электроны, нейтрино).

Г. были открыты в космических лучах англ, физиками Рочестером и Бат-лером в 1947, однако убедит, доказательства существования Г. были получены к 1951. Детальное и систематич. изучение Г. стало возможным после того, как их начали получать на ускорителях заряженных частиц высокой энергии при столк

новениях быстрых нуклонов, я-мезонов и К-мезонов с нуклонами атомных ядер. Открытие Г. существенно расширило физич. представления об элементарных частицах, поскольку были впервые открыты частицы с массой, большей нуклонной, и установлена новая важнейшая характеристика элементарных частиц - странность. Введение странности понадобилось для объяснения ряда парадоксальных (с точки зрения существовавших представлений) свойств Г. Интенсивное рождение Г. при столкновении адронов высокой энергии с несомненностью свидетельствовало о том, что они обладают сильным взаимодействием. С другой стороны, если бы распад Г. вызывался сильным взаимодействием, их время жизни должно было бы составлять по порядку величины 10^-23 сек, что в 10¹³ раз (на 13 порядков) меньше установленного на опыте. Время жизни Г. можно объяснить, если считать, что их распад происходит за счёт слабого взаимодействия, относит, интенсивность к-рого в этой области энергий как раз на 12-14 порядков меньше сильного (а следователь

но, время распада во столько же раз больше). Парадоксом казалось то, что частицы, обладающие сильным взаимодействием, не могут распадаться с помощью этого взаимодействия.

Важное значение для разрешения этого парадокса имел тот факт, что при столкновении я-мезонов и нуклонов с нуклонами Г. всегда рождаются совместно с К-мезонами (рис. 1), в поведении которых обнаруживаются те же странности, что и у Г. Особенности поведения Г. и К-мезонов были объяснены в 1955 Гелл-Маном и Нишиджимой существованием особой характеристики адронов - странности (S), к-рая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Если приписать - и-мезонам странность S = + 1, а .и .- равное по величине и противоположное по знаку значение странности, S --1, и считать странность я-мезонов и нуклонов равной нулю, то сохранение суммарной странности частиц в сильных взаимодействиях объясняет и совместное рождение с К-мезонами, и невозможность распада частиц с неравной нулю странностью (такие частицы получили название странных частиц) с помощью сильных взаимодействий на частицы с нулевой странностью. При этом , к-рые рождаются совместно с двумя К-мезонами, следует приписать S = -2, а - странность S = -3. Распады Г. указывают на то, что процессы, обусловленные слабыми взаимодействиями, протекают с изменением странности. Рис. 2 иллюстрирует процессы сильного и слабого взаимодействия Г.

Согласно совр. теории элементарных частиц, каждому Г. должна соответствовать античастица, отличающаяся от своего Г. знаком электрического и барион-ного зарядов и странности. Все антигипе-роны наблюдались на опыте; последним был открыт (1971) антиомега-Г. , или (рис. 3).

Сильное взаимодействие Г. Помимо сохранения странности, сильные взаимодействия Г. обладают определ. симметрией, наз. изотопической инвариантностью. Эта симметрия была установлена ранее для нуклонов и -мезонов и проявляется в том, что частицы группируются в нек-рые семейства - изотопические мультиплеты [(р, n) и , где р означает протон, а n - нейтрон]. Частицы, входящие в опре

дел. изотопич. мультиплет, одинаково участвуют в сильном взаимодействии, имеют почти равные массы и отличаются лишь электромагнитными характеристиками (электрич. зарядами, магнитными моментами). Число частиц в изотопич. мультиплете характеризуется специальным квантовым числом - изотопическим

спином I и равно 2I + 1. Г. образуют 4 изотопич. мультиплета (см. табл.).

Предположение о существовании изотопич. мультиплетов Г. позволило Гелл-Ману и Нишиджиме предсказать существование до их экспериментального открытия.

по ряду своих свойств аналогичны нуклонам. Эта аналогия послужила исходным пунктом в поисках симметрии сильных взаимодействий, более широкой, чем изотопич. инвариантность. Наибольший успех при этом имела т. н. унитарная симметрия (SU₃-симметрия), на основе к-рой была создана систематика адронов. С помощью этой симметрии удалось, напр., предсказать существование и свойства (см. Элементарные частицы).

Распады Г. Основные способы распада Г. указаны в табл. Распады Г. подчиняются след, закономерностям: 1) S = = 1 - странность изменяется по абс. величине на единицу; исключение составляет распад на и фотон, протекающий за счёт электромагнитного взаимодействия (отсюда и время жизни должно быть~ 10^-20 сек, а не 10^-10 сек) и поэтому не сопровождающийся изменением странности. Этот закон запрещает прямой распад. на нуклон и л-мезоны, т. к. при таком распаде странность изменилась бы на две единицы. Распад происходит в два этапа: ; (где N означает нуклон). Поэтому . называют каскадным. Каскадные распады претерпевают также

2) Q= S - в распадах с испусканием лептонов изменение заряда Q адронов равно изменению странности S. Этот закон запрещает, напр., распад ( - положит, мюон, - нейтрино).

3) - изотопич. спин меняется на 1/2. Это правило позволяет объяснить соотношения между вероятностями различных наблюдаемых способов распада Г.

При взаимодействии быстрых частиц с ядрами могут возникать гипер-ядра, в к-рых один или несколько нуклонов в результате сильного взаимодействия превратились в Г.

Лит.: Гелл-Манн M., Розенбаум П. E., Элементарные частицы, в кн.: Элементарные частицы, пер. с англ., M., 1963 (Над чем думают физики, в. 2); Эдер P. К., Фаулер Э. К., Странные частицы, пер. с англ., M., 1966; Фриш Д., Торндайк А., Элементарные частицы, пер. с англ., M., 1966. Л. Г. Ландсберг.

Таблица гиперонов

А-гиперон (синглет)

S-гиперон (триплет)

3-гиперон (дублет)

Q-пшерон (синглет)

Состав изотопического мультиплета

Масса , Мэв

1115,6

1314,7 1321,3

1672,4

Изотопический спин I

0

1

1/2

0

Странность S

-1

-1

-2

-3

Время жизни, сек

2,52*10^-10

0, 80*10^-10 по теоретич. 1,49*10^-10 оценкам 10^-20

3,03*10^-10 1,66*10^-10

1 ,3*10^-10

Основные схемы распада*

* В таблице не указаны распады гиперонов с испусканием лептонов; они составляют по порядку величины доли процента от основных способов распада.