Світ елементарних частинок у поняттях симетрії

 

°  S = -1, для Σ+  S = -1, для Σ  S = +1, для К+  S = +1.

 

Після Λ0- і Σ-гіперонів було відкрито ще т. зв. Ξ-гіперони та Ω-- гіперон. Вони виникають за схемами:

 

π-+р→Ξ0+К0+К0,

К- + р → Ω- + К° + К+.

 

Виходячи з цих реакцій, можна обраховувати дивності для Ξ° і Ω-. Це відповідно будуть такі значення: -2, -З,

Нова фізична характеристика частинок S дає можливість систематизувати всі реакції виникнення гіперонів і К-мезонів згідно з принципом збереження дивності. Баріонний заряд В і дивність S, яку теж можна розглядати як специфічний заряд, характеризують тільки важкі частинки. Проте аналогічні характеристики можна ввести і для легких частинок.

Закон збереження лептонного заряду

Помітили, що мюони - ядерно-неактивні частинки. Так, взаємодія мюонів з ядрами свинцю слабенька, вона становить (у часовому вимірі) 10-8с. Це означає, що ці частинки не можуть бути квантами ядерного поля. Так само слабенько взаємодіють з атомними ядрами такі частинки: е-, е+, vе, vе мюонні нейтрино vµ, vµ, таони τ±  і їх нейтрино vτ, vτ . Усіх їх разом назвали лептонами. Елементарні частинки лептонної групи характеризують лептонним зарядом L. Вважають (за домовленістю), що електрони, від'ємні мюони і таони та їх нейтрино мають лептонний заряд, що дорівнює +1, а всі антилептони (позитрон, додатні мюони й таони) й усі антинейтрино - лептонний заряд, рівний -1. Решта частинок (мезони й баріони) не мають лептоного заряду (L = 0).

Експериментально встановлено, що процеси з участю лептонів відбуваються так, що сумарна величина відповідного лептонного заряду зберігається. Це закон збереження певного типу лептонного заряду. З нього, зокрема, стає зрозумілою доцільність вибору знаків L  для конкретного виду частинок, про що йшла мова вище. Так, у схемі ( IV.1) розпаду нейтрона лептонні заряди електрона (Lе) й антинейтрино ( ) повинні в сумі давати нуль, бо зліва L=0. Ось чому для електрона беруть Lе =+1, а для електронного антинейтрино L=-1. Тоді для позитрона L=-1, для нейтрино L=+1. Аналогічно поступають стосовно інших частинок (античастинок) і відповідних їм нейтрино (антинейтрино).

Необхідність уведення відмінної ознаки L диктується ще неможливістю т. зв. подвійного β-розпаду за схемою:

 

п + п →  р + р + е- + е--.( IV.7)

 

Вона не заборонена законами збереження електричного і баріонного зарядів, спіну тощо. Але реально цей процес не спостерігається: він заборонений законом збереження лептонного заряду. Справді, ліворуч у схемі ( IV.7) присутні лише важкі частинки (L = 0), а праворуч є однакові легкі частинки (L=2). Нерівність лептонних зарядів виключає можливість реакції ( IV.7).

Запровадження мюонного (µ - мезонного) лептонного заряду випливає також з неможливості розпаду µ - мезона за схемою µ-→ е- + γ. Насправді він розпадається на три частинки

 

µ- → е- +  +vµ.( IV.8)

 

Тут народжуються антинейтрино і нейтрино vµ,  які відрізняються між собою лептонними зарядами. Нехай Lµ-мюонний лептонний заряд, тоді в електронного нейтрино Lе =1, Lµ = 0, а в мюонного Lе = 0 і Lµ= 1. Водночас у µ-мезона    Lе = 0  і   Lµ= 1

У   1962   році було остаточно   доведено   ( зокрема,   внаслідок відсутності в природі реакції vµ+ п → е-+ р), що vе ≠vµ  ( це різні частинки). Після цього запроваджено різні лептонні заряди   Lе   і   Lµ.  Подібним чином  були  введені   τ± -лептонні і таонні нейтрино vτ,     і  відповідні їм   лептонні заряди Lτ.

Закон збереження ізотопічного спіну (ізотопічна симетрія)

Ще   однією    важливою   характеристикою   елементарних   чатинок   є ізотопічний спін. Що це за фізична величина?

Схожість протонів і нейтронів в усіх ядерних взаємодіях (сильних) дає підстави розглядати їх як різні квантові стани однієї і тієї самої частинки-нуклона. Це справді  так.   Якщо  абстрагуватися  від  відмінності,   пов'язаної  з   наявністю  у протона електричного заряду й нерівності магнітних моментів (тр ≠ mп), то в усіх інших відношеннях протон і нейтрон зовсім подібні один до одного. Ця відповідність, що набуває дуже важливе значення в теорії елементарних частинок, з особливою виразністю проявляється у властивостях т. зв. "дзеркальних" ядер. Дзеркальними називають два ядра з однаковими масовими числами, кожне з яких отримують з другого заміною всіх протонів нейтронами, а всіх нейтронів протонами. Прикладом таких пар, крім пари р-n, можуть бути   3Н  і  3Не;  7Ве  і  7Li та ін. Обидва дзеркальні ядра мають майже таку саму енергію зв’язку в ядрі, аналогічну будову спектра збуджених рівнів енергії, однакові спіни. Збіг властивостей цих ядер відбиває певну симетрію ядерних сил, а саме: ядерні сили, що діють між двома протонами, дорівнюють силам, що діють між двома нейтронами і між протоном