Большая Советская энциклопедия - гипероны

(от греч. hypér — сверх, выше)

тяжёлые нестабильные Элементарные частицы с массой, большей массы нуклона (протона и нейтрона), обладающие барионным зарядом (См. Барионный заряд) и большим временем жизни по сравнению с «ядерным временем» (Гипероны 10^-23 сек). Известно несколько типов Г.: лямбда (Λ⁰), сигма (Σ^—, Σ⁰, Σ⁺), кси (Ξ^—, Ξ⁰), омега (Ω^—) [значки ^—, ⁰, ⁺ справа сверху у символа частиц означают соответственно отрицательно заряженную, нейтральную и положительно заряженную частицы]. Все Г. имеют спин ¹/2, кроме Ω^—, спин которого, согласно теоретическим представлениям, должен, быть равен ³/2 (т. е. Г. являются Фермионами). Г. участвуют в сильных взаимодействиях (См. Сильные взаимодействия), т. е. принадлежат к классу адронов. Время жизни Г. порядка 10^-10 сек (за исключением Σ⁰, который, по-видимому, имеет время жизни порядка 10^-20 сек); за это время они распадаются на нуклоны и лёгкие частицы (π-мезоны, электроны, нейтрино).

Г. (Λ⁰) были открыты в космических лучах (См. Космические лучи) английскими физиками Рочестером и Батлером в 1947, однако убедительные доказательства существования Г. были получены к 1951. Детальное и систематическое изучение Г. стало возможным после того, как их начали получать на ускорителях заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц) высокой энергии при столкновениях быстрых нуклонов, π-мезонов и К-мезонов с нуклонами атомных ядер.

Открытие Г. существенно расширило физические 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 (См. Слабые взаимодействия), относительная интенсивность которого в этой области энергий как раз на 12—14 порядков меньше сильного (а следовательно, 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 π-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 (См. Нишиджима) существованием особой характеристики адронов — странности (S), которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Если приписать К⁺и К⁰-мезонам странность S = +1, а Λ-Г. и Σ-Г. — равное по величине и противоположное по знаку значение странности, S = — 1, и считать странность π-мезонов и нуклонов равной нулю, то сохранение суммарной странности частиц в сильных взаимодействиях объясняет и совместное рождение Λи Σ-Г. 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 Ξ = Г., которые рождаются совместно с двумя К-мезонами, следует приписать S = —2, а Ω^—-Г. — 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 современной теории элементарных частиц, каждому Г. должна соответствовать античастица (См. Античастицы), отличающаяся от своего Г. знаком электрического и барионного зарядов и странности. Все антигипероны наблюдались на опыте; последним был открыт (1971) антиомега-Г.