Каони
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.
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 | 493.677±0.016 | 1/2 | 0− | 1 | 0 | 0 | (1.2380±0.0021)×10−8 |
|
Нейтральний каон[2] | K0 | K0 | ds | 497.614±0.024 | 1⁄2 | 0− | 1 | 0 | 0 | невизначений [a] | невизначено [a] |
Короткий каон[3] | KS0 | власна | [b] | 497.614±0.024[c] | 1⁄2 | 0− | нв | 0 | 0 | (8.953±0.005)×10−11 | |
Довгий каон[4] | KL0 | власна | [b] | 497.614±0.024[c] | 1⁄2 | 0− | нв | 0 | 0 | (5.116±0.020)×10−8 |
|
[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].
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.
- .
- .
Стан K01 має CP-парність , стан K02 має . 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.
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.
В 2024 році у віці 98 років британка Розмарі Фаулер отримала визнання за своє новаторське відкриття, зроблене ще у 1948 році. Британська вчена здійснила прорив у фізиці частинок, виявивши частинку каон під час своєї докторської роботи в Університеті Бристоля. Це відкриття не лише сприяло отриманню Нобелівської премії її керівником Сесілом Павеллом, але й революціонізувало розуміння субатомних частинок[5].
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.
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 рік.
- Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — М. : Мир, 1979. — 736 с.
- ↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings — К+ та K- мезони [Архівовано 30 січня 2017 у Wayback Machine.]
- ↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings — К0 мезони [Архівовано 26 січня 2017 у Wayback Machine.]
- ↑ C. Amsler et al. (2008): Particle listings — Короткий K0 мезон [Архівовано 11 лютого 2017 у Wayback Machine.]
- ↑ а б C. Amsler et al. (2008): Particle listings — Довгий K0 мезон [Архівовано 30 січня 2017 у Wayback Machine.]
- ↑ Британська бабуся отримала ступінь доктора наук за відкриття, яке зробила у 22 роки. // Автор: Андрій Неволін. 23.07.2024