Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ

ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ

ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ - семействоадронов, обладающих квантовым числом очарование. О. ч. имеют в своёмсоставе относительно тяжёлые с- кварки с электрпч. зарядом +²/₃.Масса составляющего (конституентного) с -кварка примерно 1,5 ГэВ, <так что характерная масса О. ч. ~ 2 ГэВ. Как и обычные частицы, О. ч. обладаютопределёнными значениями странности и изотопического спина, зависящимиот их кваркового состава. К кон. 80-х гг. лучше были изучены свойства очарованныхмезонов, чем барионов. Самые лёгкие очарованные мезоны распадаются тольков результате слабого взаимодействия и живут относительно долго, порядка10^-13 с. Кварковая структура известных очарованных мезонов следующая:где и, d, s -соответственно нуклонные и странный кварки (антикварки). Символы D, D_s относятся к псевдоскалярным частицам. Для векторных мезонов приняты символыD*,. Значениямасс известных очарованных мезонов таковы:

m(D⁰) = (1864,60,6) МэВ, m(D+) = (1869,30,6) МэВ, m(D*⁰) = (2007,22,1)МэВ, m(D*⁺) = (2010,10,7)МэВ,

m(D_s⁺) = (1970,52,5)МэВ.

Для очарованных барионов установлено существованиетолько = (udc )и = (usc),=(2281,2+ 3,0)МэВ,=(24604) МэВ.

В результате слабого распада с -кваркаобразуются преим. s -кварки. Вероятность образования нуклонных кварковподавлена как где - Кабиббоугол. Т. о., в распадах D-мезонов и -бариоиовобразуются, как правило, странные частицы, а в распадах D_S.-мезонов- частицы, в волновой ф-ции к-рых велика примесь состояния (прежде всего и -мезоны).Векторные D*-мезоны распадаются на D- и -мезоны за счёт сильного взаимодействия.

Наиб. интересный факт, касающийся слабыхраспадов О. ч., - существ. различие полных времён жизни D⁰ -и D⁺ -мезонов:

Это эксперим. наблюдение означает, чтоневерна т. н. спектаторная модель, согласно к-рой вероятности распадовО. ч. определяются исключительно амплитудами распада с -кварка, априсутствие нуклонного кварка в мезоне несущественно - последний играетроль

"наблюдателя", "спектратора". До появленияэксперим. данных практически не было сомнения в справедливости спектаторноймодели.

Времена жизни D_s -мезона и -барионов известны с худшей точностью:

Наиб. полная информация о массах и парциальныхширинах распадов очарованных мезонов была получена в экспериментах по аннигиляциипары е ⁺ е ^- в адроны, проведённых на встречных электронно-позитронныхпучках. В этих экспериментах был. в частности, открыт мезон (3770)(см. Кварконий), к-рый распадается практически всегда на пару .Поскольку сечение рождения (3770) при резонансной энергии велико, то встречные е ⁺ е ^- -пучкиявляются как бы фабрикой D-мезопов.

Однако первое, правда косвенное, указаниена существование О. ч. было получено при изучении взаимодействий мюонныхнейтрино с нуклонами; в 1974 на ускорителе в Батейвии (США) были зарегистрированыт. н. димюонные события:

когда в конечном состоянии наблюдаютсядва мюона, а остальные частицы (X) не идентифицируются. Димюонные событияестественно было интерпретировать как рождение О. ч., напр.

с последующим слабым лептонным распадомD-мезона. Прямое свидетельство в пользу существования О. ч. было полученов 1976 - 77 в опытах но аннигиляции е ⁺ е ^-.

Особые трудности представляет измерениевремени жизни О. ч. Для решения этой задачи была развита спец. методика. <Время жизни определялось по длине пробега в фотоэмульсии. Однако для выделенияредких событий рождения О. ч. поиск таких реакций проводился только в томслучае, когда регистрировались продукты распада О. ч. (напр., с помощьювнеш. мюонного идентификатора).

Открытие О. ч. явилось триумфом теории, <в особенности кварковой модели адронов, к-рая предсказала существованиеновых частиц задолго до их эксперим. обнаружения. Несколько условно развитиетеоретич. представлений об О. ч. можно разбить на три этапа. В 60-х гг. <существование О. ч. обсуждалось как возможное, но не обязательное расширениесемейства известных тогда кварков: и, d,s, с(?). В 1970в работе Ш. Глэшоу (Sh. Glashow). Дж. Илиопулоса (J. Iliopulos), Л. Майани(L. Maiani) было показано, что должны существовать относительно лёгкие- не тяжелее неск. ГэВ - О. ч. Существование нового кварка было необходимымусловием самосогласованности теории слабого взаимодействия. Поэтому предсказывалисьи амплитуды слабого взаимодействия с -кварка, в частности преимуществ. <связь с -кварков с s -кварками.

Нет никаких сомнении в том, что исходныетеоретич. представления, приведшие к предсказанию О. ч., верны. После открытияО. ч. возникла задача более детального динамич. описания свойств с -кваркови адронов, состоящих из этих кварков. Оказалось, что относительно большаявеличина массы очарованного кварка, как правило, позволяет значительноупростить теоретич. описание и тем самым выявить его осн. закономерности. <В частности, мезоны, составленные из пары кварков наиб. просто описываются в рамках

совр. теории сильного взаимодействия - квантовой хромодинамики. Энергия связи этих мезонов оказываетсячувствительной к величине т. к. вакуумного глюонного конденсата. В рамкахпотенциальных моделей изучение мезонов, состоящих из очарованных кварков, <позволило установить вид потенциала взаимодействия между кварками (суммачленов пропорциональных r и r^-1, где r- расстояние между кварками).

В то же время сравнение теоретич. предсказанийс опытом выявило несостоятельность нек-рых динамич. представлений. Вышеотмечалось, что для описания слабых распадов О. ч. оказалась непригоднойспектаторная модель. Поскольку эта модель заведомо должна быть верна длядостаточно тяжелых кварков, то ясно, что масса кварка, равная 1,5 ГэВ, <ещё недостаточно велика, чтобы пользоваться асимптотическими по массе кваркаф-лами. Сечение рождения О. ч. в столкновениях нуклонов оказалось значительнобольше, чем предсказывалось теоретически. Для объяснения этих данных возниклимодели, согласно к-рым волновые ф-ции обычных нуклонов содержат значит, <примесь состояний с очарованными кварками ( сс). Подобные моделиозначают модификацию обычных представлений о нуклонах. Альтернативным объяснениемявляется неприменимость теории возмущений к процессам рождения О. ч.

В целом после открытия О. ч. практическине осталось сомнения в реальности существования кварков.

Лит.: Вaйсенберг Л. О., Определениевремени жизни очаропанных частиц, "Природа", 1981, № 4, с. 74; Окунь, Л. <Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990, гл. 14.

В. И. Захаров.