БСЭ - Большая Советская энциклопедия (РЕ)

Несмотря на некоторый рост полной ширины (т. е. полной вероятности распада), с возрастанием энергии вероятности распадов в каждый данный канал уменьшаются. Это затрудняет обнаружение и изучение свойств Р. с массами М ³ 2 Гэв.

Массовые спектры Р. проявляют некоторые замечательные закономерности. Так, Р., которые при данной массе, чётности, изотопическом спине и странности имеют максимальный спин («старшие» Р.), как правило, группируются в семейства 2 типов: 1) мультиплеты группы унитарной симметрии, 2) семейства, лежащие на линейных траекториях Редже.

1) Группа унитарной симметрии SU (3) является обобщением группы изотопической симметрии SU (2). Изотопическая (или зарядовая) симметрия отражает экспериментальный факт независимости сильных взаимодействий от электрического заряда. Благодаря этому, например, протон (р) и нейтрон (n), отличающиеся только электрическим зарядом (и вследствие этого — магнитным моментом), одинаковым образом участвуют в сильных взаимодействиях и (как следствие этого) имеют очень близкие массы: M p= 938,26 Мэв , M n= 939,55 Мэв. Они образуют изотопический дублет. Аналогично p +-, p 0- и p --мезоны образуют изотопический триплет и т. д. (число частиц, входящих в один изотопический мультиплет, равно 2 l + 1). Относительные разности масс частиц внутри изотопических мультиплетов очень малы (£ 1%) и обусловлены электромагнитным взаимодействием, нарушающим зарядовую симметрию. Унитарная симметрия SU (3) учитывает экспериментальный факт приближённой независимости сильных взаимодействий от странности. В приближении унитарной симметрии ядерно-стабильные частицы и Р. группируются в мультиплеты унитарной группы SU (3). Так, например, ядерно-стабильные барионы образуют октет (нуклоны n и р, гипероны å +, å 0, å -, L, ). Фермиевский Р. D 3, 3входит в декаплет, состоящий из 10 частиц, и т. д. Унитарные мультиплеты объединяют ядерно-стабильные частицы и Р. с одинаковыми значениями барионного заряда В , чётности Р и спина J и разными значениями изотопического спина I и странности S . Относительные разности масс внутри унитарных мультиплетов значительно больше, чем в изотопических, и достигают примерно 10%.

2) Концепция полюсов Редже заимствована из нерелятивистской квантовой механики. Путём формального решения Шрёдингера уравнения для радиальной части волновой функции при комплексных значениях углового момента l удаётся определить обобщённую парциальную амплитуду Т ( l , Е ) как функцию двух непрерывных переменных: энергии Е и комплексного углового момента /. Итальянским физиком Т. Редже было установлено, что для потенциалов типа Юкавы амплитуда Т ( l , Е ) обладает по переменной l простыми полюсами (см. Особые точки ) вида:

;

где a( Е ), b( Е ) — некоторые функции от энергии. Эти полюсы получили название полюсов Редже, а комплекснозначные функции a( Е ) — траекторий Редже. Поскольку при действительных натуральных (целых) положительных значениях / функции Т ( l , Е ) сводятся к обычным парциальным волнам T l ( Е ) [см. (3)], то траектории Редже могут объединять в семейства Р. с различными значениями углового момента. Такие «реджевские семейства» были обнаружены в Р. Лежащие на траектории Редже Р. имеют одинаковые значения всех квантовых чисел (барионный заряд, чётность, странность, изотопический спин), за исключением углового момента /, и плавную зависимость спина J Р. от его массы M j :

J = Rea( M j ) (4)

(Re — действительная часть функции a). При этом в силу некоторых специальных свойств симметрии (т. н. перекрёстной симметрии) на траектории Редже располагаются Р., спины которых отличаются на 2. Характерным примером является т. н. барионная траектория a d , имеющая линейный вид относительно M 2:

Rea d( M ) » 0,1+0,9 M 2 (5)

(здесь масса М выражена в Гэв ; индекс d относят к траектории, проходящей через Р. с I = 3/ 2, Р = +1). На этой траектории лежат три Р.: D 3, 3(1236), D 3, 7(1950), D 3, 11(2420) (в скобках за символом Р. принято указывать массу Р. в Мэв ). Формула (5) предсказывает также Р. D 3, 15с массой 2850 Мэв и D 3, 19с массой 3230 Мэв ; соответствующие максимумы в полных сечениях наблюдаются экспериментально.

«Старшие» Р., как правило, входят в унитарные мультиплеты, а также располагаются на линейных (в шкале квадратов масс) траекториях Редже. Линейные траектории имеют очень близкие наклоны: a ' » 0,9 Гэв -2как для барионных, так и для мезонных траекторий. Свойства линейности траекторий Редже и универсальности наклонов не получили удовлетворительного теоретического объяснения.

Классификация ядерно-стабильных частиц и Р. по унитарным мультиплетам и траекториям Редже указывает на равноправие ядерно-стабильных частиц и Р. Так, например, упоминавшийся барионный декаплет J = 3 / 2 , Р = + 1, кроме Р. D 3, 3(1236) (который включает четыре частицы: D +, D 0, D -), Р. å* (1385) ( I = 1. три частицы: å +*, å 0*, å -*) и Р. * (1530) ( I = 1/ 2, две частицы: ), содержит W -(1672) — ядерно-стабильный гиперон с временем жизни 1,3×10 -10 сек.

Ядерно-стабильный нуклон N(938) лежит на траектории Редже a a(индекс a относят к траектории с I = 1/ 2, Р = +1):

Re a a( М ) = — 0,4 + 1,0 M 2

вместе с Р. N* (1690, J = 5/ 2) и N** (2220, J = 9/ 2) и т. д.

Т. о., свойство стабильности относительно распадов, обусловленных сильными взаимодействиями, по-видимому, не имеет глубокого физического смысла и является до некоторой степени случайным следствием соотношений между массами частиц (подобно тому, как нестабильность нейтрона относительно b-распада является следствием соотношения M n > M p + m е, где m е— масса электрона).

Концепция равноправия ядерно-стабильных адронов и Р. получила название «ядерной демократии».

Интерес к изучению свойств Р. был первоначально связан с их интерпретацией как возбуждённых состояний (изобар) сильно взаимодействующих элементарных частиц. Известно, что изучение спектров возбуждённых состояний атомов сыграло решающую роль в обнаружении квантовомеханических закономерностей. Однако сейчас деление на «основные» ядерно-стабильные адроны — «элементарные частицы» и возбуждённые состояния — «Р.» противоречит концепции «ядерной демократии» и постепенно отходит в прошлое. Закономерности массовых спектров и распадных свойств «элементарных частиц», связанные со свойствами унитарной симметрии, привели к кварковой гипотезе. Согласно этой гипотезе, ядерно-стабильные адроны и адронные Р. построены из различных комбинаций трёх гипотетических «истинно элементарных» частиц — кварков и трёх антикварков. (Для объяснения свойств открытых позднее y-частиц привлекается гипотеза о существовании четвёртого, т. н. «очарованного», кварка и соответствующего антикварка; см. например, Слабые взаимодействия ). Попытки непосредственного экспериментального обнаружения кварков пока не увенчались успехом.