Фундаментальная структура материи. Частицы и силы. Новые элементарные частицы, страница 4

Тот факт, что некоторые из вновь открытых элементарных частиц оказались весьма долгоживущими (разумеется, в масштабах времени, характерных для подобных субъядерных явлений), позволил выявить еще одно различие между элементарными частицами. Дело в том, что указанные долгоживу-щие частицы достаточно массивны, чтобы распадаться на более легкие объекты, не нарушая при этом законов сохранения электрического заряда или барионного числа. Однако эти частицы легко рождались в столкновениях, например, протонов высокой энергии, так что если и существовал какой-либо запрет на их распад, то он почему-то не проявлялся в их рождении. Этот парадокс был разрешен лишь после того, как удалось понять, что здесь мы имеем дело с проявлением нового закона сохранения, который позволяет двум таким частицам рождаться совместно. Ранее мы говорили, что электроны не могут рождаться или уничтожаться поодиночке — этому препятствует закон сохранения электрического заряда. В то же время электрон-позитронные пары легко образуются при соответствующей энергии.

Поскольку подобное поведение частиц выглядело странным, вновь установленной сохраняющейся величине дали название странность. Было показано, что с легкостью рождаются лишь пары таких частиц, одна из которых обладает положительной, а другая — отрицательной странностью. Закон сохранения странности не является абсолютным — он может нарушаться в слабых взаимодействиях; точнее говоря, слабое взаимодействие приводит к медленному распаду странных частиц.

Введя эти определения, рассмотрим бегло группы элементарных частиц. В табл. 2.3 указаны некоторые из вновь обнаруженных барионов. Они распадаются на несколько классов, и для каждого из них в таблице указаны наблюдаемые значения масс. У частиц первого класса, обозначенного символом N, наименьшее значение массы равно 0,939 (для наших целей его можно принять равным 1); оно соответствует массе протона или нейтрона. Эти элементарные частицы не обладают странностью. В таблице перечислены лишь наименьшие из известных значений масс, а из них в свою очередь — лишь наиболее твердо установленные.

Таблица 2.3. Барионы

Частицы второго класса, обозначенного символом D, также не обладают странностью. Наименьшее значение массы у частиц этого типа соответствует первому возбужденному состоянию протона, т. е, состоянию, в которое может перейти протон приумеренно жестком (т. е. при не слишком высокой энергии) столкновении с другой частицей.

Мы не будем здесь обсуждать различие между элементарными частицами, принадлежащими к N- и D-классам; оно связано с общими вопросами объединения в группы частиц, обладающих практически одинаковыми массами, но различными электрическими зарядами. Протон, имеющий заряд +1, имеет лишь одного «партнера» по группе — нейтрон с зарядом 0. Аналогично объединяются в группы и все другие барионы N-класса. Каждому значению массы частиц D-класса соответствуют четыре различных значения заряда: +2, +1. 0, —1.