Физический энциклопедический словарь - к-мезоны (каоны)

Согласно модели кварков, в состав К^- и К^~° входит s-кварк с S=-1, a в состав К⁺ и К°— 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: -мезоны, распадающиеся на два -мезона, и -мезоны, распадающиеся на три -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 К° (.S=1) рождаются при столкновениях «нестранных» ч-ц— -мезонов и нуклонов только совм. с гиперонами или К^-, К^~°, 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. К^- и К^~° рождаются при столкновении нестранных ч-ц либо совместно с К⁺ или К°, либо с антигиперонами, странность к-рых положительна. Рождение гиперонов в пучках К⁺ , К° менее вероятно, чем в пучках К^-, К^~°, т. к. оно требует появления совм. с гипероном неск. дополнит. К⁺ или К°. Поэтому медленные К⁺ , К° слабее взаимодействуют с в-вом, чем К^-, К^~°.

Слабое взаимодействие К м. Распады К-м. обусловлены слабым вз-ствием и происходят с изменением странности на единицу. Они могут осуществляться разл. способами, напр. K^±^±+v(v^~) (63,5%); ^±+° (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 -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^-+р^-+ К⁺+К°, в к-рой сохраняется странность. Образовавшиеся ч-цы распадаются в результате слабого вз-ствия с изменением странности на 1: К°⁺+^- (в точке 2); ^--°+К^- (в точке 3); °p+^- (в точке 4); К^-⁺+^-+^- (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. К° и К^~°, обладая разл. значениями странности, по-разному участвуют в сильном вз-ствии. Однако слабое вз-ствие, меняющее странность, делает возможными взаимные превращения K°K^~0. Т. к. странность в слабом вз-ствии меняется на единицу, то переходы К° К^~° с │S│=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 К° и К^~°, 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 L5,18•10^-8с, a k0s—S0,89•10^-10 с. Их массы равны примерно массе К°; разность масс K°L и k⁰s пропорциональна амплитуде перехода К°К^~° и очень мала (~h/S3•10^-6 эВ). Осн. способы распада k⁰s и К⁰L,

Т. о., в то время как в процессах, вызываемых сильным вз-ствием, проявляются состояния К° и К^~°, 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 K°S, K°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 К° и на 50% из К^~0. Аналогично К° и К^~° прибл. на 50% «состоят» из k⁰s и на 50% из К⁰L. Поэтому распады К° и К^~° происходят прибл. на 50% по схеме распадов K⁰S и прибл. на 50% по схеме К⁰L. То, что состояния К° и К^~° представляют суперпозицию состояний К⁰S и К⁰L с разными массами и временами жизни, приводит к появлению своеобразных осцилляции («биений»), аналогичных биениям в системе, состоя-

290

щей из двух связанных между собой маятников, имеющих одинаковые частоты колебаний. Так, К°, возникая в результате сильного вз-ствия, на нек-ром расстоянии от точки рождения частично превращается за счёт слабого вз-ствия в К^~° и оказывается способным вызывать яд. реакции, характерные для К^~° и запрещённые для К°, напр. реакцию К^~0+р⁰+⁺. Другое своеобразное явление — т. н. регенерация k⁰s при прохождении через в-во долгоживущих К⁰L-мезонов. На достаточно больших расстояниях от места образования пучка К° (или К^~°) 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 К° и К^~°, «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  (систему, обладающую теми же ев-вами относительно операции СР, что и К⁰1), а К⁰2 не может. Т. к. вероятность распада на двазначительно 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 . 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 K⁰L^-+e⁺(:⁺)+v^~e(v^~) и К⁰L⁺ +e^-(^-)+v^~e(v^~): 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.

• Марков М. А., Гипероны и К-мезоны, М., 1958; Д а л и ц Р., Странные частицы и сильные взаимодействия, пер. с англ., М., 1964; Окунь Л. Б., Слабое взаимодействие элементарных частиц, М., 1963; Л и Ц., В у Ц., Слабые взаимодействия, пер. с англ., М., 1968; Газиорович С., Физика элементарных частиц, пер. с англ., М., 1969: Э д е р Р. К., Ф а у л е р Э. К., Странные частицы, пер. с англ., М., 1966.

С. С. Герштейн.