| 8695912 9216 5224 943 1отона есть непосредств. выражение сохранения В (нет, напр., распада р = е+ + Y). Однако большинство квантовых чисел адронов неточные. Изотопич. спин, сохраняясь в сильных взаимодействиях, не сохраняется в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Странность и очарование сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабых взаимодействиях. Слабые взаимодействия изменяют также внутр. и зарядовую чётности. С гораздо большей степенью точности сохраняется комбинированная чётность СР, однако и она нарушается в нек-рых процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями. Причины, вызывающие несохранение многих квантовых чисел адронов, неясны и, по-видимому, связаны как с природой этих квантовых чисел, так и с глубинной структурой электромагнитных и слабых взаимодействий. Сохранение или несохранение тех или иных квантовых чисел - одно из существенных проявлений различий классов взаимодействий Э. ч.
В табл. 1 приведены наиболее хорошо изученные Э. ч. из групп лептонов и адронов и их квантовые числа. В спец. группу выделен фотон. Раздельно даны частицы и античастицы (изменение Р у антибарионов не указано). Абсолютно нейтральные частицы помещены посередине первой колонки. Слева значком * помечены резонансы, для к-рых вместо т приведена более удобная величина - ширина резонанса Г = Л/t. Члены одного изотопич. мультиплета расположены в одной строке, иногда с небольшим смещением (в тех случаях, когда даются характеристики каждого члена мультиплета).
Как следует из табл. 1, лептоны представлены сравнительно небольшим числом частиц: электроном, мюоном, r-лептоном и соответствующими им нейтрино. Массы ve и vм очень малы, но равны ли они в точности нулю, предстоит решить будущим экспериментам; информация о массе Vt пока ограничена.
Осн. часть Э. ч. составляют адроны. Увеличение числа Э. ч. в 60-70-х гг. происходило исключительно за счёт расширения данной группы. Адроны в своём большинстве представлены резонансами; наблюдается тенденция к росту спина по мере роста массы резонансов, к-рая хорошо прослеживается на различных группах мезонов и барионов с заданными / и Y и С/г. Следует также отметить, что странные частицы (особенно квазистабильные) несколько тяжелее обычных (нестранных) частиц, а очарованные частицы тяжелее странных.
Классификация элементарных частиц.
Унитарная симметрия. Классификация лептонов пока не представляет проблем, большое же число адронов, известных уже в нач. 50-х гг., явилось основанием для поиска закономерностей в распределении масс и квантовых чисел барионов и мезонов, которые могли бы составить основу их классификации. Выделение изотопических мультиплетов адронов было первым шагом на этом пути. С математической точки зрения группировка адронов в изотопич. мультиплеты отражает наличие у них симметрии, связанной с группой вращения (см. Группа), более формально, с группой SU(2) - группой унитарных преобразований в комплексном двумерном пространстве. Предполагается, что эти преобразования действуют в нек-ром специфич. внутр. пространстве - "изотопич. пространстве", отличном от обычного. Существование нзотопич. пространства проявляется только в наблюдаемых свойствах симметрии. На математич. языке изотопич. мультиплеты суть неприводимые представления группы симметрии SU(2).
Концепция симметрии как фактора, определяющего существование различных групп и семейств Э. ч., в совр. теории является доминирующей при классификации адронов и др. Э. ч. Предполагается, что внутр. квантовые числа Э. ч., позволяющие выделять те или иные группы частиц, связаны со спец. типами симметрии, возникающими за счёт свободы преобразований в особых "внутр." пространствах. Отсюда и происходит назв. "внутренние квантовые числа".
Внимательное рассмотрение показывает, что странные и обычные адроны в совокупности образуют более широкие объединения частиц с близкими свойствами, чем изотопич. мультиплегы. Они наз. супермультиплетами. Число частиц, входящих в наблюдаемые супермультиплеты, равно 8 и 10. С точки зрения симметрии возникновение супермультиплетов истолковывается как проявление существования у адронов группы симметрии более широкой, чем группа SU(2), а именно: SU(3) - группы унитарных преобразований в трёхмерном комплексном пространстве (М. Гелл-Ман и независимо Ю. Нееман, 1961). Соответствующая симметрия получила назв. унитарной симметрии. Группа SU(3) имеет, в частности, неприводимые представления с числом компонент 8 и 10, отвечающие наблюдаемым супермультиплетам: октету и декуплету. Примерами могут служить следующие группы частиц с одинаковыми значениями Jp:
[30-09-6.jpg]
Общими для всех частиц в супермультпплете являются значения двух величин, к-рые по математич. природе близки к изотопич. спину и поэтому часто наз. унитарным спином. Для октета значения связанных с этими величинами квантовых чисел равны (1, 1), для декуплета - (3, 0).
Унитарная симметрия менее точная, чем изотопич. симметрия. В соответствии с этим различие в массах частиц, входящих в октеты и декуплеты, довольно значительно. По этой же причине разбиение адронов на супермультиплеты сравнительно просто осуществляется для Э. ч. не очень высоких масс. При больших массах, когда имеется много различных частиц с близкими массами, это разбиение осуществляется менее надёжно. Однако в свойствах Э. ч. имеется много разнообразных проявлений унитарной симметрии.
Включение в систематику Э. ч. очарованных адронов позволяет говорить о сверхсупермультиплетах и о существовании ещё более широкой симметрии, связанной с унитарной группой SU(4). Примеры до конца заполненных сверхсупермультиплетов пока отсутствуют. SU(4)-симметрия нарушена ещё сильнее, чем SU(3) -симметрия, и её проявления выражены слабее.
Обнаружение у адронов свойств симметрии, связанных с унитарными группами, и закономерностей разбиения на мультиплеты, отвечающих строго определённым представлениям указанных групп, явилось основой для вывода о существовании у адронов особых структурных элементов - кварков.
Кварковая модель адронов. Развитие работ по классификации адронов с первых своих шагов сопровождалось попытками выделить среди них частицы более фундаментальные, чем остальные, которые могли бы стать основой для построения всех адронов. Начало этой линии исследования было положено Э. Ферми и Ян Чжэнь-нином (1949), которые предположили, что такими фундаментальными частицами являются нуклон (N) и антинуклон (N),_a я-мезоны есть их связанные состояния (NN). При дальнейшем развитии этой идеи в число фундаментальных частиц были включены также странные барионы (М. А. Марков, 1955; япон. физик С. Саката, 1956; Л. Б. Окунь, 1957). Модели, построенные на этой основе, хорошо описывали мезонные мультиплеты, но не давали правила ного описания мультиплетов барионов. Важнейший элемент данных моделей - использование для "построения" адронов небольшого числа фермионов - органически вошёл в модель, к-рая наиболее успешно решает задачу описания всех адронов,- кварковую модель (австр. физик Г. Цвейг и независимо М. Гелл-Ман, 1964).
В первоначальном варианте в основу модели было положено предположение, что все известные адроны построены из трёх типов частиц спина 1/2, названных р-, п-, л -кварками, не принадлежащих к числу наблюдавшихся адронов и обладающих весьма необычными свойствами. Назв. "кварки" заимствовано из романа Дж. Джойса (см. Кварки). Совр. вариант модели предполагает существование как минимум четырёх типов кварков. Четвёртый кварк необходим для описания очарованных адронов.
Идея кварков подсказана унитарной симметрией. Математич. структура унитарных групп открывает возможность описания всех представлений группы SU(n) (и, следовательно, всех мультиплетов адронов) на основе самого простого представления группы, содержащего п компонент. В случае группы SU(3) таких компонент три. Необходимо только допустить наличие частиц, связанных с этим простейшим представлением. Эти частицы и есть кварки. Кварковый состав мезонов и барионов был выведен из того факта, что супермультиплеты мезонов содержат, как правило, 8 частиц, а барионов - 8 и 10 частиц. Эта закономерность легко воспроизводится, если предположить, что мезоны составлены из кварка ? и антикварка ц - символически: М = (qq), а барионы из трех кварков - символически: В = (qqq). В силу свойств группы SU(3) 9 мезонов разбиваются на супермультиплеты из 1 и 8 частиц, а 27 барионов - на супермультиплеты, содержащие 1, 10 и дважды по 8 частиц, что и объясняет наблюдаемую выделенность октетов и деку плетов.
Добавление к схеме четвёртого кварка (и, если окажется необходимым, новых дополнит, кварков) осуществляется при сохранении осн. предположения кварковой модели о строении адронов:
М = (qq), В = (qqq).
Все экспериментальные данные хорошо соответствуют приведённому кварковому составу адронов. Имеются, видимо, лишь небольшие отклонения от этой структуры, которые не влияют существенным образом на свойства адронов.
Указанная структура адронов и математич. свойства кварков, как объектов, связанных с определённым (простейшим) представлением группы SU(4), приводят к |
