Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ГИПЕРОНЫ

ГИПЕРОНЫ

ГИПЕРОНЫ (от греч. hyper - над, сверх, выше) - барионы с отличным от нуля значением странности, распадающиеся благодаря слабому (или электромагнит. ному) взаимодействию и имеющие вследствие этого времена жизни, на много порядков превышающие характерное время сильного взаимодействия (ядерное время, ~10^-23 с). Поэтому Г. условно относят к "стабильным" (точнее, к квазистабильным) частицам. Как все барионы, Г. являются адронами и имеют полуцелый спин.

Первые Г. открыты в космич. лучах Г. Д. Poчестером (Rochester) и Г. Батлером (Butler) в 1947, однако убедит. доказательства их существования были получены к 1951. Детальное и систематич. изучение Г. стало возможным после того, как их стали получать на ускорителях заряж. частиц высокой энергии при столкновениях быстрых нуклонов, я-мезонов и К-мезонов с нуклонами атомных ядер.

К Г. относятся, во-первых, частицы, входящие вместе с нуклонами в один унитарный мультиплет (октет) барионов со спином ¹/₂. Кварковое содержание этих Г. указано в скобках:

(см. Кварки). При этом L является изотопич. синглетом (см. Изотопическая инвариантность )со странностью - изотопич. триплетом с S=-1 и - изотопич. дублетом с S=-2. и ., имеющие одинаковое кварковое содержание (uds), отличаются относит. ориентацией спинов кварков и вследствие зависимости сильного взаимодействия от спинов обладают разными массами. Пара (ud)- кварков в . находится в синглетном состоянии (с обычным спином 0), а в . [так же, как пары (uu)- и(dd)- кварков в его изотопич. партнёрах и ]- в триплетном (со спином 1).

Массы Г. с разл. значениями странности больше массы нуклона из-за того, что масса странного кварка s приблизительно на 150 МэВ превышает массы и-, d- кварков (что является причиной нарушения SU(3)- симметрии между кварками разл. типов, или ароматов). В рамках нарушенной (по ароматам кварков) SU(3)-симметрии массы Г. хорошо согласуются с соотношением Окубо - Гелл-Мана:

где массы - средние по изотопич. мультиплетам. Небольшое различие в массах Г. из одного изотопич. мультиплета обусловлено тем, что масса d- кварка на неск. МэВ больше массы и -кварка.

Все Г. из рассмотренного унитарного октета распадаются с изменением странности благодаря слабому взаимодействию и имеют время жизни ~10^-10 с. Исключением является эл.-магн. распад без изменения странности, происходящий за время ~5*10^-20 с. Поскольку в слабых распадах выполняется правило для изменения странности, распады происходят в осн. на . с последующим его распадом на нуклон и пион (возможны также значительно менее вероятные -распады с переходом ). Поэтому наз. каскадными Г.

Г. являются также -частица со странностью S=-3 и временем жизни ~10^-10 с, входящая в унитарный декуплет барионов со спином ³/₂ и состоящая из трёх s-кварков. Аналогично распад происходит каскадным образом (рис.).

К Г. можно отнести и др. барионы, содержащие наряду со странными кварками тяжёлые кварки с, b и распадающиеся по слабому взаимодействию, напр. очарованный Г. (см. Очарованные частицы)(usс )с массой ок. 2500 МэВ, спином ¹/₂ и временем жизни ~5*10^-13 с.

Эл.-магн. характеристики Г. (магн. моменты) с хорошей точностью предсказываются на основе простейшей кварковой модели их строения.

У всех Г. существуют соответствующие им античастицы.

При столкновениях нестранных частиц (пионов, нуклонов) или в реакциях (из-за сохранения странности в сильном и эл.-магн. взаимодействиях) Г. рождаются совместно с K⁺-, К°-мезонами или анти-Г.,

Фотография ( а) и схематическое изображение ( б) случая рождения и распада -гиперона в жидководородной пузырьковой камере, находящейся в магнитном поле. Гиперон рождается (в точке 1 )при столкновении К ^- -мезона с протоном в реакции , к-рая обусловлена сильным взаимодействием и разрешена законом сохранения странности (в начальном и конечном состояниях S = -1). Образовавшиеся частицы распадаются под действием слабого взаимодействия: (в точке 2), (в точке 3), причём , имеющий малое время жизни, распадается практически в той же точке 3 на два -кванта, , к-рые рождают электрон-позитронные пары (точки 5, 6); (в точке 4).

имеющими положит. значения странности. При взаимодействии нейтрино с нуклонами Г. могут рождаться поодиночке в согласии с правилом для слабого взаимодействия или (С - очарование). Источником рождения Г. могут быть также распады очарованных барионов. При высоких энергиях в столкновениях нестранных адронов рождение . составляет ок. 10% выхода остальных барионов; доля рождающихся . существенно меньше (~1%). При низких энергиях Г. интенсивно рождаются в пучках К ^--, К°-мезонов (имеющих, как и Г., отрицат. странность). Эффективные сечения взаимодействия Г. с нуклонами при высоких энергиях меньше, чем для нуклон-нуклонных взаимодействий приблизительно на 6-7 мб для . и на 12-13 мб для . Качественно это объясняется тем, что входящие в состав Г. странные кварки имеют меньшее эффективное сечение взаимодействия, чем и-, d- кварки (такая же разница в сечениях взаимодействия наблюдается для рассеяния пионов и каонов на нуклонах).

Распады Г. происходят с характерным для слабого взаимодействия нарушением четности. Это проявляется, напр., в угл. асимметрии распада относительно спина . и в связанной с ней продольной поляризации нуклонов при распаде неполяризованного . Нет эксперим. указаний на то, что в распадах Г. нарушается CP- чётность: существование в распадах Г., напр. в распаде , запрещённой по СР-чётности поляризации барионов, перпендикулярной плоскости распада, в действительности может быть объяснено взаимодействием пиона и нуклона, образующихся в этом распаде. В адронных распадах Г. наблюдается значит. усиление переходов, в к-рых изменение изотопич. спина подчиняется правилу =¹/₂. Это правило, хорошо объясняющее наблюдаемые на опыте соотношения между амплитудами разл. каналов распадов Г., долгое время не удавалось теоретически обосновать. Как выяснилось, усиление переходов с =¹/₂ качественно следует из рассмотрения на основе квантовой хромодинамики обменов глюонами между кварками для процессов с =1. Все лептонные распады Г. (напр., и т. д.) хорошо описываются теорией, содержащей три параметра: Кабиббо уголи величины т. н. D- и F-связей (см. Слабое взаимодействие).

При энергиях в десятки - сотни ГэВ длина пробега Г. (обладающих временем жизни ~10^-10 с) достигает десятков - сотен см. Это используется для создания гиперонных пучков на ускорителях высокой энергии.

Барионы с отличной от нуля странностью в случаях, когда они обладают достаточно большой массой, способны распадаться по сильному взаимодействию и вследствие этого обладают ядерным временем жизни. Такие барионы наз. гиперонными резонансами [например, (1385)+p].

При взаимодействии частиц высокой энергии с ядрами могут возникать гиперядра, в к-рых один или неск. нуклонов замещены . Наблюдались гиперядра, содержащие один и два .

В принципе могли бы существовать барионы, состоящие из четырёх кварков и одного антикварка. Нек-рые из таких многокварковых состояний, а именно содержащие странный антикварк , могли бы проявляться как Г. с положит. значением странности. Экспериментально такие Г. пока не наблюдались. Не обнаружены также предсказываемые теоретически шестикварковые состояния .

Лит.: Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, M., 1981.

С. С. Герштейн.