Закон сохранения странности

Медленный распад противоречит быстрому рождению.

Кроме перечисленных законов сохранения в ядерных реакциях выполняется еще один закон, который звучит очень странно, - закон сохранения странности.

Физики очень давно начали изучать космические лучи с помощью камеры Вильсона. Заряженные частицы на своем пути в камере ионизируют атомы, и на получающихся ионах высаживаются капельки воды. Получается туманный след проходящей частицы. Было установлено, что космические лучи состоят из легких частиц - электронов и фотонов и из более тяжелых частиц - протонов и мезонов. Есть даже в небольшом количестве и ядра более тяжелых элементов. Если в камеру Вильсона поместить свинцовую пластину, то можно наблюдать вторичные частицы, которые возникают в свинце под действием космических частиц. При изучении этих вторичных частиц были обнаружены следы, имеющие вид двузубой вилки - из одной точки расходилось два следа. Их надо было объяснить тем, что какая-то нейтральная частица, которая не оставляет следа в камере Вильсона, распадается на две заряженные. Далее обнаружилось, что есть по крайней мере два сорта таких нейтральных частиц - одни распадаются на протон и отрицательный пион (я-мезон), а другие - на положительный и отрицательный пионы. Частица первого типа, поскольку она дает при распаде протон, имеет барионный заряд, равный единице (барионный заряд протона). Она была названа лямбда-частицей или лямбда-барионом. Вторая частица имеет барионный заряд, равный нулю, и называется K⁰-мезоном.

По расстоянию от места образования (свинцовой пластинки) до начала вилки можно было судить о времени жизни этих частиц. Оно оказалось очень большим: 10^-8 с, тогда как время, характерное для сильных ядерных взаимодействий, - порядка 10^-23с. Здесь и выступила странность этих частиц. На первый взгляд ничего странного - есть же ядерные частицы, которые долго живут. Например, нейтрон, который распадается на протон, электрон и антинейтрино (нейтральная частица с массой, равной нулю), живет приблизительно 10 мин. Однако при более внимательном анализе такое большое время жизни лямбда и К⁰-частиц вызывает серьезное недоумение. Действительно, лямбда и К⁰-частицы возникают при облучении протонов отрицательными пионами. При этом они образуются в таком большом количестве, которое соответствует сильному взаимодействию этих частиц с протонами и пионами. Но тогда они должны были бы и распадаться в соответствии с этим сильным взаимодействием за время порядка 10^-23 с. Физикам понадобилось два года, чтобы разгадать эту загадку.

Всегда, когда не осуществляется какой-либо процесс, который по всем известным законам сохранения мог бы происходить, физики обнаруживали новый закон сохранения, который запрещает процесс. Закон сохранения, который запрещает лямбда и К⁰-частицам быстро распадаться, называется законом сохранения странности. лямбда и К⁰-частицам приписывается еще один "заряд" - странность. К⁰-частица имеет странность, равную +1, странность Я-частицы равна - 1. Протон, нейтрон, пион не странные частицы (их странность равна нулю). В сильных ядерных взаимодействиях странность сохраняется; это означает, что алгебраические суммы странностей в начале и конце реакции равны.

В отличие от закона сохранения барионного и электрического зарядов закон сохранения странности неточный - он нарушается в слабых взаимодействиях, тех самых, которые ответственны за р-распад и, в частности, за распад нейтрона. Поэтому лямбда и К⁰-частицы все же распадаются, несмотря на то что странность в конце реакции равна нулю. Но поскольку в сильных взаимодействиях странность сохраняется, эти частицы живут не 10^-23, а 10^-8 - 10^-10 с.

Так как лямбда и К⁰-частицы рождаются в большом количестве, т. е. за счет сильных взаимодействий, то странность при их рождении должна сохраняться. Мы вынуждены прийти к заключению, что они рождаются парами, например при облучении протонов отрицательными пионами получаются сразу К⁰- и лямбда-частицы. Суммарная странность справа и слева равна нулю. Было изучено много различных ядерных реакций с участием странных частиц. Найдены и другие странные частицы кроме лямбда и К⁰-частиц. Но во всех случаях оказалось, что странность сохраняется в сильных взаимодействиях.

перейти к началу страницы