ЕГЭ и ОГЭ
Хочу знать
Главная > Физика > Теория фундаментальных процессов
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

11. СХЕМЫ СИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Пусть даны частицы — гипероны и мезоны, и мы знаем, что они участвуют в сильных взаимодействиях. Следующая задача состоит в том, чтобы установить, какие из них сильно связаны между собой и каким именно способом. Эти связи должны удовлетворять законам сохранения числа нуклонов, заряда, изотопического спина и странности, однако всех этих условий далеко недостаточно для того, чтобы определить связи полностью. В каких связях, например, участвует пион, кроме взаимодействий с нуклонами (8-1) и (8-2)? Есть ли это связь и какого типа и интенсивности, и т. д.? И наконец, какова количественная характеристика связи К-мезона (9-4) в реакциях, таких как , К или ? Даже спины частиц нам пока неизвестны. Изучение распада определенно указывает на то, что пионы не уносят угловой момент, вследствие чего спин каона, по всей вероятности, равен 0. Но экспериментальные данные о и еще не полны, хотя и имеются указания на спин у и . Вероятно, все гипероны имеют спин , а мезоны — спин 0.

Модель Ферми—Янга.

Как пример из сонма моделей, предложенных для объяснения сильных взаимодействий, я рассмотрю предложение Ферми и Янга.

Допустим, что нейтрон и протон имеют заряд, аналогичный электрическому заряду, но одного и того же знака, что связывает их с векторным мезоном очень большой массы. Тогда -система должна испытывать силу притяжения с коротким радиусом действия, подобную электрическому притяжению с большим радиусом действия в системе .

Рис. 11-1.

Рис. 11-2.

Нейтрон и антипротон имеют суммарную массу , и мы также допустим, что они связаны силами притяжения очень сильно, скажем, с энергией связи около 1600 . Если силы центральны, то полный момент будет равен 0, четность = -1 и мы получим -мезон, т. е. . Аналогично . Типичные диаграммы имеют вид, приведенный на рис. 11-1, где волнистой линией изображен обмен векторным мезоном. Мы также ожидаем, что должны сущестовать связанные системы и . Какая из них является -мезоном?

Заметим, что для и -систем возможны дополнительные диаграммы (рис. 11-2), которых нет в и -случаях. Оказывается, что система, которая имеет ту же самую энергию, что и и , и не аннигилирует, это

Мы получаем изотопический триплет. Другая комбинация

может либо не быть связанной, либо иметь другую энергию, возможно, большую, и представлять новый мезон с изотопическим спином , который еще не был открыт.

Для того чтобы получить остальные частицы, необходимо ввести по крайней мере еще одну «фундаментальную» частицу, несущую странность. Возьмем для этой цели . Тогда

Странность есть как раз число -гиперонов! Итак, вы видите, что можно представить себе все сильно взаимодействующие частицы составленными из и и получить этим путем сохраняющиеся изотопический спин и странность.

Я раскрою вам мою тайную мысль: невозможно указать, является ли частица «элементарной», или состоит из «элементарных» частиц. Другими словами, все схемы составных частиц будут давать эквивалентные результаты (если мы смогли бы рассчитать их), и нет способа найти различие между ними.

Для системы, состоящей из частиц, массы которых велики по сравнению с полной энергией связи (ядра, атомы), имеет смысл говорить о составной системе и ее составных частях. Но когда энергия связи сравнима с массой свободной частицы, неправильно делать различие между составной и элементарными частицами. Каким образом более ясно сформулировать эту идею и как извлечь из нее практические следствия? Я не знаю.

Детальные схемы сильных взаимодействий, предлагаемые на основе теоретических соображений, носят, как правило, спекулятивный характер. Мы опишем еще две из них. Одна, называемая глобальной симметрией, предложена Гелл-Манном [7]. Она исходит из того, что все гипероны имели бы одинаковую массу и были бы различными состояниями октета (мультиплета с восемью составляющими), если бы не было взаимодействий с -мезонами. Два новых состояния образуются линейными комбинациями и , именно

Затем предполагается, что структура и интенсивность пионных взаимодействий не изменятся, если в связях (8-1), (8-2) пионов с и пару нуклонов заменить на , или на , или на . Каонные связи, нарушающие эту симметрию, остаются неопределенными.

Согласно другой идее пионы непосредственно взаимодействуют с вектором изотопического спина и эта связь ответственна за расщепление масс и . Каоны связывают и квартет , а также и квартет таким образом, что это взаимодействие не расщепляет -квартет (при этом связи между и имеют различные коэффициенты). (В обозначениях Гелл-Манна [7] мы полагаем

Относительные значения масс в этой схеме хорошо соответствуют наблюдаемым значениям. К сожалению, решающие опыты для проверки этой схемы еще не найдены.

Существует большая экспериментальная программа по исследованию рождения каонов в ядерных соударениях, с помощью фотонов, и изучению взаимодействий этих мезонов с ядрами, и т. д. Но, строго между нами — теоретиками: Что мы будем делать со всеми этими данными? Мы не можем сделать ничего существенного. Перед нами стоит очень сложная задача, и требуется революционная идея, что-то подобное теории Эйнштейна. Возможно, что результаты всех этих опытов приведут к каким-то идиотским неожиданностям и окажется возможным вычислять все эффекты, исходя из одного простого правила.

В этом случае то, что мы делаем сейчас, больше всего похоже на сложные модели, изобретенные в свое время для объяснения водородных спектров, которые, как оказалось позже, удовлетворяют очень простым закономерностям.

И еще одно замечание по поводу сильных связей. Имеется прямое свидетельство того, что -частица сильно взаимодействует с нуклонами. Существуют гиперфрагменты (лучше было бы назвать их гиперядрами), в которых связана с несколькими нуклонами. Например, гиперядро было обнаружено как фрагмент, возникающий при захвате ядром -мезона. Это гиперядро состоит из двух протонов, нейтрона и -частицы, связанных вместе. Энергия связи составляет несколько . Такая система нестабильна, так как слабая реакция (9-1) -частицы создает возможность распада с высвобождением пиона и 37 МэВ энергии (пион может быть виртуальным или быть вновь захвачен, а его энергия покоя перейдет в кинетическую энергию нуклонов в звезде). Изучение подобных гиперядер может дать в конечном счете сведения о силе взаимодействия между и нуклонами. Во всяком случае, оно примерно так же велико, как и нуклон - нуклонное взаимодействие. За дальнейшими подробностями мы отсылаем к обзорной статье Далитца [8].

Дополнительные сведения о сильных связях могут быть извлечены из их сопоставления со слабыми взаимодействиями. Так, например, магнитные моменты и электромагнитные разности масс, так же как и относительные скорости различных процессов слабых распадов, могут дать информацию о структуре сильно взаимодействующих частиц. Однако теоретический анализ всех явлений, связанных с сильными взаимодействиями, чрезвычайно затруднен из-за нашей неспособности проводить количественные расчеты сильных связей.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление