Физическая энциклопедия - к-мезоны

(каоны), группа нестабильных элем. ч-ц из двух заряженных (К+ , К=-) и двух нейтральных (КВ°, К=В°) ч-ц с нулевым спином и массой, прибл. в 970 раз большей массы эл-на (в энергетич. ед. масса К+ равна 493,7 МэВ, а КВ°-497,7 МэВ). К-м. участвуют в сильном вз-ствии, т. е. явл. адронами: они не имеют барионного наряда и обладают ненулевым значением квант.

числа странности (S): у К+ и КВ° S = + l, а у Ки К=В° (являющихся античастицами К+ , КВ°) S=-1. Совместно с гиперонами К-м. относятся к странным частицам. К+ и КВ° объединяются в изотопич. дублет (см. ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ) и рассматриваются как разл. зарядовые состояния одной ч-цы с изотопич. спином I=1/2. Аналогичную группу составляют Ки К=В°.

Согласно модели кварков, в состав Ки К=В° входит s-кварк с S=-1, a в состав К+ и КВ°антикварк s= с S=+1 (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ). Открытие К-м.. связано с работами большого числа учёных. В 1947-51 в косм. лучах были открыты ч-цы, массы к-рых были прибл. одинаковыми, а способы распада разными: q-мезоны, распадающиеся на два p-мезона, и t-мезоны, распадающиеся на три p-мезона.

В 1954 эти ч-цы стали получать с помощью ускорителей, и тщат. измерения масс и времён жизни показали, что во всех случаях наблюдались разл. способы распада одних и тех же ч-ц, названных К-м. Сильное взаимодействие К-м. Закон сохранения странности в сильном вз-ствии накладывает характерный отпечаток на процессы сильного вз-ствия с участием К-м. Так, К+ и КВ° (.S=1) рождаются при столкновениях «нестранных» ч-цp-мезонов и нуклонов только совм. с гиперонами или К-, К=В°, имеющими отрицат. значение странности. Сильное вз-ствие может вызывать, напр., процессы: Во всех этих реакциях суммарная странность в конечном состоянии равна 0 в соответствии с тем, что в нач.

состоянии S=0. Ки К=В° рождаются при столкновении нестранных ч-ц либо совместно с К+ или КВ°, либо с антигиперонами, странность к-рых положительна. Рождение гиперонов в пучках К+ , КВ° менее вероятно, чем в пучках К-, К=В°, т. к. оно требует появления совм. с гипероном неск. дополнит. К+ или КВ°. Поэтому медленные К+ , КВ° слабее взаимодействуют с в-вом, чем К-, К=В°.

Слабое взаимодействие К м. Распады К-м. обусловлены слабым вз-ствием и происходят с изменением странности на единицу. Они могут осуществляться разл. способами, напр. KВ±В®mВ±+vm(v=m) (63,5%); pВ±+pВ° (21,16%). Время жизни К+ и К составляет 1,2•10-8 с. В распадах К-м. не сохраняются пространств. чётность и зарядовая чётность, что проявляется, напр., в возможности распада как на два, так и на три p-мезона.. Рисунок иллюстрирует процессы сильного и слабого вз-ствий К-м. Схематич. изображение фотографии, полученной в водородной пузырьковой камере, иллюстрирующее процессы вз-ствий К-мезонов.

В точке 1 за счёт сильного вз-ствия происходит реакция K-+рВ®W-+ К++КВ°, в к-рой сохраняется странность. Образовавшиеся ч-цы распадаются в результате слабого вз-ствия с изменением странности на 1: К°®p++p(в точке 2); W-В®-LВ°+К(в точке 3); L°®p+p(в точке 4); К-В®p++p-+p(в точке 5). Треки ч-ц искривлены, т. к. камера находится в магн. поле. Пунктиром обозначены треки нейтр.

ч-ц, не оставляющих следа в камере. Специфические свойства нейтральных К-м. КВ° и К=В°, обладая разл. значениями странности, по-разному участвуют в сильном вз-ствии. Однако слабое вз-ствие, меняющее странность, делает возможными взаимные превращения KВ°«K=0. Т. к. странность в слабом вз-ствии меняется на единицу, то переходы КВ° «К=В° с ?DS?=2 происходят в два этапа (во 2-м порядке по слабому вз-ствию).

Наличие таких переходов между ч-цей и античастицей обусловливает уникальные св-ва нейтр. К-м. Для любых других ч-ц подобные переходы запрещены строгими законами сохранения, напр. электрич. или барионного заряда. В вакууме благодаря переходам К«К=0 состояниями, имеющими определённые энергию и время жизни, будут не КВ° и К=В°, а две квантовомеханич.

суперпозиции этих состояний, к-рые соответствуют ч-цам с разными массами и разными временами жизни: т. н. д о л г о ж и в у щ е м у К0L-мезону и к о р о т к о ж и в у щ е м у К0S-мезону. Время жизни К" составляет tL»5,18•10-8с, a K0S-tS»0,89•10-10 с. Их массы равны примерно массе КВ°; разность масс KВ°L и K0S пропорциональна амплитуде перехода КВ°«К=В° и очень мала (=h/tS»3•10-6 эВ).

Осн. способы распада K0S и К0L, Т. о., в то время как в процессах, вызываемых сильным вз-ствием, проявляются состояния КВ° и К=В°, обладающие определ. значениями странности, в процессах слабого вз-ствия как ч-цы проявляются состояния К0L и К0S. Состояния K0S и К0L близки к суперпозициям состояний, к-рые наз. К01 и К02: (в (*) через KВ°S, KВ°L, К0, К=0 и т.

д. обозначены волн. ф-ции соответствующих ч-ц; 1/?2 нормирующий множитель), т. е. К0S и К0L прибл. на 50% «состоят» из КВ° и на 50% из К=0. Аналогично КВ° и К=В° прибл. на 50% «состоят» из K0S и на 50% из К0L. Поэтому распады КВ° и К=В° происходят прибл. на 50% по схеме распадов K0S и прибл. на 50% по схеме К0L. То, что состояния КВ° и К=В° представляют суперпозицию состояний К0S и К0L с разными массами и временами жизни, приводит к появлению своеобразных осцилляции («биений»), аналогичных биениям в системе, состоящей из двух связанных между собой маятников, имеющих одинаковые частоты колебаний.

Так, КВ°, возникая в результате сильного вз-ствия, на нек-ром расстоянии от точки рождения частично превращается за счёт слабого вз-ствия в К=В° и оказывается способным вызывать яд. реакции, характерные для К=В° и запрещённые для КВ°, напр. реакцию К=0+рВ®L0+p+. Другое своеобразное явление т. н. регенерация K0S при прохождении через в-во долгоживущих К0L-мезонов.

На достаточно больших расстояниях от места образования пучка КВ° (или К=В°) он состоит практически только из К0L, т. к. короткоживущие К0S распадаются раньше. Поэтому на таких расстояниях наблюдаются лишь распады, характерные для K0L. Казалось бы, K0S не могут вновь появиться в пучке. Однако при прохождении пучка К0L через слой в-ва из-за различия во вз-ствиях с в-вом КВ° и К=В°, «составляющих» K0L, изменяется относит.

состав пучка и появляется добавка K0S с характерными для них распадами. Комбинации К01 и К02 обладают определ. симметрией относительно операции комбинированной инверсии комбинированной чётностью (или СР-чотностью): у К01 СР=+1, у К02 СР=-1. Поэтому К01 может распадаться на два p (систему, обладающую теми же ев-вами относительно операции СР, что и К01), а К02 не может.

Т. к. вероятность распада на дваpзначительно превышает вероятности др. каналов распада, большое различие во временах жизни К0L и К0S считалось указанием на существование в природе симметрии относительно операции комбиниров. инверсии, а состояния K0S и K0L отождествлялись с K01 и К02. Однако в 1964 было установлено, что К0L с вероятностью прибл.

0,2% распадается на два p. Это свидетельствует о нарушении СР-симметрии и об отличии состояний K0S и К0L от K01 и К02. Другое проявление нарушения СP-инвариантности зарядовая асимметрия распадов K0LВ®p-+e+(m:+)+v=e(v=m) и К0LВ®p+ +e-(m-)+v=e(v=m): вероятность первого распада больше, чем второго, прибл. на 10-3. Это означает, что K0L не явл. истинно нейтральной частицей.

Природа сил, нарушающих СР-симметрию, не выяснена. .