Hyperon

Hyperoner  är en familj av elementarpartiklar, baryoner , som innehåller minst en s -kvark , men som inte innehåller tyngre kvarkar ( c och b ) [1] . Således har alla hyperoner icke-noll konstigheter , men noll charm och charm .

Egenskaper för hyperoner

Alla kända hyperoner består av tre kvarkar och (som alla baryoner) är fermioner . Det betyder att de har ett halvt heltals spin och lyder Fermi-Dirac-statistiken . Alla av dem interagerar genom den starka interaktionen , det vill säga de är hadroner . De består av tre lätta kvarkar , varav åtminstone en är en kvark , vilket gör dem till konstiga baryoner . Hyperoner i marken (oexciterade) sönderfaller direkt eller indirekt till en proton eller neutron och en eller flera mesoner på en tid, i regel cirka 10 −10 sekunder (med undantag för Σ 0 -hyperonet, som sönderfaller i 7.4 10–20 s ) .

Hyperoner upptäcktes i kosmiska strålar 1947 av Butler och Rochester, men deras existens bevisades först 1951 [2] . De detekterade partiklarna ( lambda hyperoner ) kallades lambda-partiklar, eftersom de i de flesta fall sönderföll till en proton och en laddad pion, som bildade en "gaffel" som liknade bokstaven Λ på spårbilder (banan för själva hyperonen var inte synlig, eftersom lambdahyperonen är neutral, medan spår av endast laddade partiklar observeras). Protonens växelverkan med kärnan där partikeln föddes observerades i bilden, men före sönderfallet lyckades den neutrala partikeln färdas ett tillräckligt avstånd så att sönderfalls"gaffeln" inte sammanföll med födelsepunkten. Detta innebar att den nya partikeln levde ganska länge ( 2,6⋅10 −10 s ) med mikrovärldens mått mätt. Det märkliga var att partikeln deltog i starka interaktioner (detta framgick av reaktionerna där den föddes), och följaktligen borde dess livslängd ha varit mycket kort ( <10 −20 s ). Den paradoxalt långa livslängden för de flesta hyperoner beror på det faktum att sönderfallet av deras grundtillstånd endast sker genom svaga interaktioner, eftersom, som det visade sig senare, starka och elektromagnetiska interaktioner inte förändrar konstigheten  - ett nytt kvanttal som introducerades exakt för att förklara det ovanliga beteendet hos hyperoner och K -mesoner (de senare innehåller också s -kvarkar).

Klassificering av hyperoner

Quarkmodellen introducerar en klassificering för hyperoner.

Hyperoner med en s -kvark betecknas med de grekiska bokstäverna Λ ( isospin 0, elektrisk laddning 0) och Σ (isospin 1, laddning −1, 0, +1). Sammansättningen av lambda- och sigma-hyperoner inkluderar också två lätta kvarkar ( u - och d - ) i olika kombinationer.

Hyperoner med två s - kvarkar betecknas med bokstaven Ξ . Xi-hyperoner innehåller också en u - eller d - kvark och har isospin 1/2 och laddning 0 respektive −1.

Hyperoner som innehåller tre s - kvarkar betecknas med bokstaven Ω . Omega hyperoner har noll isospin och en laddning på -1.

Antihyperoner bär ömsesidiga kvanttal. Det bör noteras att Σ − och Σ + inte är antipartiklar med avseende på varandra, vilket åtminstone kan ses från deras kvarksammansättning ( dds respektive uus ). Neutrala hyperoner ( Λ 0 , Σ 0 , Ξ 0 ) är inte riktigt neutrala partiklar (det vill säga inte antipartiklar mot sig själva); så, förutom lambda-noll-hyperonet, som oftast sönderfaller till en proton och en negativ pion , finns det en anti-lambda-noll-hyperon ( Λ 0 ), som vanligtvis sönderfaller till en antiproton och en positiv pion.

Livslängden för nästan alla grundtillstånd av hyperoner är cirka 10–10 s . Undantaget är Σ 0 , som genomgår elektromagnetiskt sönderfall Σ 0  → Λ 0  +  γ på 7,4⋅10 −20 s ; detta förfall förändrar inte konstigheten och är därför tillåten, medan andra elektromagnetiska hyperonförfall undertrycks av bevarandet av konstigheter i elektromagnetiska och starka interaktioner. Förutom de huvudsakliga långlivade tillstånden finns det exciterade tillstånd (de så kallade resonanserna ), vars livslängd är 10 −22 -10 −24 s . Sådana exciterade tillstånd av hyperoner betecknas som de viktigaste med tillägg av deras ungefärliga massa inom parentes (avrundade i steg om 5 MeV ), till exempel: Σ (1385) - betecknar ett exciterat tillstånd av sigma-minus-hyperon med en massa av 1382,8 MeV .

Ω − -hyperonet har konstigheter −3, därför, i processen med dess svaga sönderfall till en proton eller neutron, inträffar en multipel förändring av smaken . Ett sådant trestegsförfall har observerats i ett experiment med kosmisk strålning , men tills andra Ω− har producerats och studerats av partikelacceleratorer , har Murray Gell-Manns SU(3) -modell (ibland kallad den åttafaldiga vägen ) inte varit slutgiltigt bekräftat.

Hyperon forskning

De första studierna av hyperoner utfördes på 1950-talet och fick fysiker att skapa en organiserad klassificering av elementarpartiklar. Nuförtiden bedrivs forskning inom detta område i många laboratorier runt om i världen, inklusive CERN , Fermilab , SLAC , JLAB , BNL , KEK och andra. Det finns sökningar efter CP-kränkning , spinnmätningar , exciterade tillståndsstudier (vanligtvis kallade spektroskopi ) och sökningar efter exotiska tillstånd som pentaquarks .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Den tyngsta t -kvarken kan som du vet inte vara en del av partiklar, eftersom dess livslängd är för kort för att bundna tillstånd ska bildas.
  2. ↑ Armenteros R., Barker KH, Butler CC, Cachon A., Chapman AH Decay of V-Particles   // Nature . - 1951. - Vol. 167 , nr. 4248 . - S. 501-503 . - doi : 10.1038/167501a0 .
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger