БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (КМ)

К-мезо'ны,каоны, группа нестабильных элементарных частиц, в которую входят две заряженные (К +, К -) и две нейтральные (К 0, ) частицы с нулевым 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

Табл. 2.— Основные способы распада K 0 Sи K 0 L

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 S накладывает (из-за сохранения S в 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 0Û .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 0Û 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 0Û , 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: