БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (КМ)

Большая Советская Энциклопедия (КМ)

спином и массой приблизительно в 970 раз большей, чем масса электрона. К.-м. участвуют в сильных взаимодействиях,т. е. являются адронами; они не имеют барионного заряда и обладают отличным от нуля значением квантового числа странности ( S) ,характеризующей их поведение в процессах, обусловленных сильным взаимодействием: у К ⁺и К° S=+1, а у К ^-и  (являющихся античастицами К ⁺, К°) S= —1. Совместно с гиперонами К.-м. образуют группу так называемых странных частиц (частиц, для которых S ¹ 0).
     К ⁺и К° одинаковым образом участвуют в сильных взаимодействиях, имеют приблизительно одинаковые массы и различаются лишь электрическим зарядом. Они могут быть объединены в одну группу — так называемый изотопический дублет (см. Изотопическая инвариантность ) и рассматриваются как различные зарядовые состояния одной и той же частицы с изотопическим спиномI = ¹/ ₂. Аналогичную группу составляют  и . Из-за различия в странности нейтральные К-м. К° и  являются разными частицами, различным образом участвующими в сильных взаимодействиях.
     Согласно современной классификации элементарных частиц, К-м. (К ⁺, К°, , ) вместе с p-мезонами (p ⁺ ,p ⁰, p ^-) и h ⁰-мезоном входят в одну группу (октет) частиц, приблизительно одинаково участвующих в сильных взаимодействиях.
     Открытие К-мезоновсвязано с работами большого числа учёных в различных странах. В 1947—51 в космических лучах было открыто несколько частиц, массы которых, измеренные с доступной в то время точностью, были приблизительно одинаковыми, а способы распада — разными.
     Табл. 1.— Основные характеристики и способы распада К-мезонов

Частица	Масса m( Мэв)	Странность S	Время жизни t: (сек)	Способы распада	Вероятность распада (в %)
К +К -	494	+1 —1	1,2-10 -8	m ±+ np ±+ p 0p ±+ p —+ p +p ±+p 0+p 0m ±+p 0+ ne ±+p 0+ ne ±+ n	64 21 5,57 1,70 3,18 4,85 1,2-10 -5
К 0	498	+1 —1		Распады на ~50% по схеме K 0 Sи на ~50% по схеме и на K 0 L(см. табл. 2) .

     Табл. 2.— Основные способы распада K ⁰ _Sи K ⁰ _L

Частица	Масса м	Время жизни t( сек)	Способы распада	Вероятность распада (в %)
K 0 S	»m K 0	0,86-10 -10	p ++ p —p 0+p 0	68,7 31,3
K 0 L	»m K 0Разность масс: mK L— mK s» 3-10 -6 эв	5,4-10 -8	p 0+p 0+p 0p ++p —+p 0p ±+m ±+ np ±+e ±+ np ++ p —p 0+p 0g+ g	21,5 12,6 26,8 38,8 0,16 0,12 5-10 -4

   Это были так называемые q-мезоны, распадающиеся на два пи-мезона,t-мезоны, распадающиеся на три p-мезона, и др. Значит. прогресс в изучении этих частиц начался с 1954, когда их удалось получать с помощью ускорителей заряженных частиц.Тщательные измерения масс и времён жизни показали, что во всех этих случаях наблюдались различные способы распада одних и тех же частиц, названных К-м.
     Открытие К-м. сыграло важную роль в физике элементарных частиц; оно помогло установить новую характеристику сильно взаимодействующих частиц (адронов) — странность и создать современную систематику адронов (см. Элементарные частицы ) .Изучение распадов К-м. дало первые сведения о несохранении в слабых взаимодействиях пространственной и зарядовой чётности, а также о нарушении комбинированной чётности (см. Чётность, Зарядовое сопряжение, Комбинированная инверсия) .
      Сильные взаимодействия К-мезонов.Наличие у К-м. отличной от нуля странности Sнакладывает (из-за сохранения Sв сильных взаимодействиях) характерный отпечаток на процессы сильных взаимодействий с участием К-м. Так, К ⁺и К ⁰, имеющие S = +1, рождаются при столкновениях «нестранных» частиц — p-мезонов и нуклонов (протонов и нейтронов) — только совместно с гиперонами или , , имеющими отрицательное значение странности (см., например, в ст. Гипероны ) .
     Поскольку все гипероны имеют отрицательную странность, они легче рождаются в процессах, вызванных К ^—и , чем в процессах, вызванных К ⁺и К ⁰. Например, возможна реакция  + р ® L ⁰+ p ⁺ ,тогда как реакция К ⁰+ р ® L ⁰+ p ⁺запрещена законом сохранения странности в сильных взаимодействиях (здесь р — протон, L ⁰— гиперон). Рождение гиперонов в пучках К ⁺, К ⁰менее вероятно, т.к. оно требует появления совместно с гипероном нескольких дополнительных К ⁺или К ⁰.
     Поэтому медленные К ⁺, К ⁰слабее взаимодействуют с веществом, чем , .
     Слабые взаимодействия К-мезонов.Распады К-м. обусловлены слабым взаимодействием и происходят с изменением странности на 1 (в слабых взаимодействиях странность не сохраняется). Распады могут осуществляться различными способами и подчиняются эмпирическим правилам, определяющим изменение странности, изотопического спина адронов и пр. (см. Отбора правила ) .В распадах К-м. не сохраняются пространственная и зарядовая чётности, что проявляется, например., в возможности распада как на 2 p-, так и на 3 p-мезона.
     Рисунок иллюстрирует процессы сильного и слабого взаимодействия К-м.
     Специфические свойства нейтральных К-мезонов.Выше отмечалось, что К ⁰- и _-мезоны, отличаясь друг от друга значениями квантового числа странности, участвуют в процессах сильного взаимодействия как две различные частицы. Поскольку, однако, в процессах слабого взаимодействия, в частности в распадах К.-м., странность не сохраняется, оказываются возможными взаимные превращения K ⁰Ы _.Наличие таких переходов между частицей и античастицей, имеющими разные значения одного из квантовых чисел, характеризующих элементарные частицы, обусловливает специфические, уникальные свойства нейтральных К.-м. Для любых других частиц существование подобных переходов запрещено строгими законами сохранения электрического или барионного заряда (а также, по-видимому, и лептонного заряда для переходов нейтрино — антинейтрино).
     В вакууме благодаря переходам K ⁰Ы  состояниями, имеющими определённую энергию и время жизни, будут не К ⁰и , а две квантово-механических суперпозиции этих состояний. Эти суперпозиции соответствуют частицам с различными массами и различными временами жизни: долгоживущему K ⁰ _L- и короткоживущему K ⁰ _S-meзонам. Разность масс K ⁰ _Sи K ⁰ _Lобусловлена слабым взаимодействием, вызывающим переходы K ⁰Ы , и весьма мала. Время жизни и способы распада K ⁰ _Sи K ⁰ _Lуказаны в.
     Таким образом, в то время как в процессах, вызываемых сильным взаимодействием, проявляются состояния К ⁰и , обладающие определёнными значениями странности (сохраняющейся в сильном взаимодействии), в процессах слабого взаимодействия (в распадах) проявляются как частицы состояния K ⁰ _Lи K ⁰ _S. Состояния K ⁰ _Lи K ⁰ _Sблизки к суперпозициям состояний, которые называют K ⁰ ₁и K ⁰ ₂:
   K ⁰ _s» K ⁰ ₁= ,
   K ⁰ _L» K ⁰ ₂= ,
     т. е. K ⁰ _Lи K ⁰ _Sприблизительно на 50% «состоят» из К ⁰и на 50% — из . Аналогичным образом можно утверждать, что К ⁰и  приблизительно на 50% «состоят» из K ⁰ _Sи на 50% — из K ⁰ _Lтот факт, что состояния К ⁰и  представляют суперпозицию двух состояний K ⁰ _Lи K ⁰ _Sразными массами и временами жизни, приводит к появлению своеобразных осцилляций («биений»): К ⁰, возникая в результате сильного взаимодействия, на некотором расстоянии от точки рождения частично превращается за счёт слабого взаимодействия в  и потому оказывается способным вызывать ядерные реакции, характерные для  и запрещенные для К ⁰, например реакцию  + р ® L ⁰+ p ⁺(эффект Пайса — Пиччони). Др. своеобразное явление — так называемая регенерация короткоживущих K ⁰ _S-meзонов при прохождении через вещество долгоживущих K ⁰ _L-meзонов: на достаточно больших расстояниях от места образования пучка К ⁰(или ) пучок состоит практически только из долгоживущих K ⁰ _L, т.к. короткоживущие K ⁰ _Sраспадаются раньше. Поэтому на таких расстояниях наблюдаются лишь распады, характерные для K ⁰ _L(). Казалось бы, K ⁰ _Sне могут вновь появиться в пучке. Однако если пучок K ⁰ _Lпропустить через слой вещества, то из-за различия во взаимодействиях с веществом К ⁰и , составляющих K ⁰ _L, изменяется относительный состав пучка и в пучке K ⁰ _Lпоявляется добавка K ⁰ _Sс характерными для K ⁰ _Sраспадами.
     Комбинации K ⁰ ₁и К ⁰ ₂обладают определённой симметрией относительно операции комбинированной инверсии ( СР) :при переходе от частиц к античастицам (операция зарядового сопряжения С) с одновременным пространственным отражением (операция Р) волновая функция, соответствующая состоянию K ⁰ ₁, остаётся неизменной, а волновая функция К ⁰ ₂меняет знак. Поэтому состояние K ⁰ ₁может распадаться на 2p (систему, обладающую теми же свойствами относительно операции СР, что и K ⁰ ₁), a K ⁰ ₂не может. Поскольку вероятность распада на 2p значительно превышает вероятности др. способов (каналов) распада, большое различие во временах жизни долго- и короткоживущих К-м. считалось указанием на существование в природе симметрии относительно операции комбинированной инверсии, а состояния K ⁰ _Lи K ⁰ _Sотождествлялись с K ⁰ ₁и К ⁰ ₂. Однако в 1964 было установлено, что долгоживущий К-м. с вероятностью приблизительно 0,2% распадается на 2p .Это свидетельствует о нарушении СР-симметрии и об отличии состояний K ⁰ _Lи K ⁰ _Sот K ⁰ ₁и К ⁰ ₂. Природа сил, нарушающих СР-симметрию, ещё не выяснена. Имеющиеся эксперимент. данные не противоречат возможности существования в природе особого «сверхслабого» взаимодействия, нарушающего симметрию СРи проявляющегося в распадах нейтральных К-м.
     Лит.:Марков М. А., Гипероны и К-мезоны, М., 1958; Далиц P., Странные частицы и сильные взаимодействия, пер. с англ., М., 1964; Окунь Л. Б., Слабое взаимодействие элементарных частиц, М., 1963; Ли Ц. и By Ц., Слабые взаимодействия пер. с англ., М., 1968; Газиорович С., Физика элементарных частиц, пер. с англ. М., 1969; Эдер Р. К., Фаулер Э. К., Странные частицы, пер. с англ., М., 1966.
      С. С. Герштейн.

   Схематическое изображение фотографии, полученной в водородной пузырьковой камере, иллюстрирующее процессы сильного и слабого взаимодействий К-мезонов. В точке 1 за счёт сильного взаимодействия происходит реакция К ^-+p®W ^-+К ⁺+К ⁰, в которой сохраняется странность. Распады образовавшихся частиц происходят в результате слабого взаимодействия с изменением странности на 1: К ⁰®p ⁺+p ^-(в точке 2); W ^-®L ⁰+К ^-(в точке 3); L ⁰®p+p ^-(в точке 4); К ^-®p ⁺+p ^-+p ^-(в точке 5). Треки частиц искривлены, так как камера находится в магнитном поле. Пунктиром обозначены треки нейтральных частиц, не оставляющие следа в камере.