奇异粒子
物理术语
奇异粒子(strange particle),即所有奇异数不为零的粒子。它们的奇特性质是结伴产生,产生快、衰变慢。起初对此无法解释,故称奇异粒子。
发现
1947年在宇宙射线的研究中,首先观察到了奇异粒子,但只是在1954年加速器实验中产生了奇异粒子之后,再经过系统研究,这类粒子的“奇异”特性才逐渐明朗。所谓奇异粒子,是指当时新发现的一大批新粒子。
在发现p介子的1947年,人们利用宇宙射线在云室中拍下了两张有V字形径迹的照片,衰变产物是p±介子和质子(p)。这两种径迹不能用任何当时已发现的第一代粒子来解释,于是人们很自然的想到,这一定是两种未发现的粒子衰变所形成的。在之后的几年里,人们拍摄了十多万张宇宙射线照片,终于发现了这两种不带电的新粒子。其中一个质量为电子质量的1000倍,被叫做“k0介子”;另一个约为电子质量的2200倍,称为 l粒子(读“兰布塔”)。我们称它们为第二代粒子,这是因为它们有两个明显的特点:(1) 产生快,衰变慢;(2) 成对(协同)产生,单个衰变。这些特点用过去的理论是无法解释的,所以又称它们为“奇异粒子”。
为了对这些奇异粒子进行定量研究,光靠宇宙射线是不够的。50 年代初,一些大型加速器陆续建成,使人们有可能利用加速器所加速的粒子来轰击原子核,以研究奇异粒子。
到1964年人们又陆续发现了一批奇异粒子,使人们发现的粒子种类达到了33种。这些奇异粒子统称为“第二代粒子”。摘自量子力学书籍《见微知著》
特点介绍
特点是:当它们由于粒子之间相互碰撞而产生时,总是一起产生,而且产生得很快,可是衰变却各自独立地行事,而且衰弱得很慢。简单说来,就是它们总是协同产生、非协同衰变。1953年盖耳曼用一个新的量子数,即奇异数来表述这一特性,并假定在强相互作用中奇异数守恒,而在弱相互作用中奇异数可以不守恒,这样就可以对奇异粒子的特性作出恰当的解释。
当时对最轻的奇异粒子(现在称为K介子)的衰变过程发现了一个疑难,即所谓的“θ-τ”疑难。这个疑难在于:实验中发现了质量、寿命和电荷都相同的两种粒子,一个叫θ介子,另一个叫τ介子。这两种粒子的区别在于:θ介子衰变为两个π介子,而τ介子衰变为三个π介子。分析实验结果可以得出:三个π介子的总角动量为零,宇称为负,而两个π介子的总角动量如为零,则其宇称只能为正。鉴于质量、寿命和电荷这三项相同,这两种粒子应是同一种,但从衰变行为来看,如果宇称应守恒,则θ和τ不可能是同一种粒子。
研究成果
李政道和杨振宁研究成果
1956年,李政道和杨振宁对历史和现状作了全面考察,他们指出,这一疑难的关键在于人们认为微观粒子在运动过程中宇称必须守恒,强相互作用和电磁相互作用的过程中,宇称守恒是经过检验的,但在弱相互作用的过程中,宇称并没有得到判决性的检验,没有根据说它一定守恒。
奇异粒子是一类亚原子粒子的统称。与奇异粒子相对的是普通粒子,包括质子、中子、π介子等普通的强子轻子。1947年罗彻斯特(G. D. Rochester)和巴特勒(C.C.Butler,1922-)在宇宙射线中发现了Λ0、Κ0、Κ+等一些性质奇特的粒子。1953年在加速器中又陆续发现了更多的奇异粒子。与普通粒子不同,奇异粒子总是在强相互作用中很快地、至少两个一起同时产生,而后分别通过弱相互作用慢慢地衰变成为非奇异的粒子。
盖耳曼等研究成果
1953年,美国物理学家盖尔曼、日本物理学家中野董夫、西岛和彦(K.Nishijima)各自独立地提出用新的量子数——奇异数解释奇异粒子的性质。奇异数只能去取整数,并且规定普通粒子的奇异数是0,奇异粒子的奇异数由以下反应规定:
π + p → Λ0+ Κ0
规定Κ0粒子的奇异数是+1,Λ0的奇异数是-1,然后由其它反应确定其余粒子的奇异数。
奇异数S=+1的奇异粒子有Κ0、Κ+等。
奇异数S=-1的奇异粒子有Κ-、Λ0、Σ+、Σ-、Σ0等。
奇异数S=-2的奇异粒子有Ξ0、Ξ-等。
奇异数S=-3的奇异粒子有Ω-等。
在强相互作用中,奇异粒子协同产生,奇异数S是严格守恒的。奇异粒子可以分别独立地衰变成几个普通粒子,所需的时间比较长,是通过弱相互作用实现的。弱相互作用中,奇异数S可以不守恒,ΔS=0,±1。
如果在弱相互作用过程中,宇称可以不守恒,则θ-τ疑难将迎刃而解。
最新修订时间:2023-11-23 09:19
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