Каони

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Каон (значення).

Каони або K-мезони — група чотирьох мезонів, для яких характерне квантове число дивність. До складу каонів входить дивний кварк. Чотири каони позначаються: K^-, K⁺, K⁰ та K⁰.

Дивність каонів у тому, що вони народжуються при сильній взаємодії, а розпадаються тільки через слабку взаємодію, а тому мають порівняно довгий час життя. Два нейтральних каони народжуються парами внаслідок сильної взаємодії, але згодом за допомогою механізму, який називають осциляції нейтральних частинок, перетворюються на суміш двох інших каонів: нейтрального каона з довгим часом життя і нейтрального каона з коротким часом життя. Часи життя цих двох частинок відрізняються на три порядки.

Каони відіграли значну роль у встановлені фундаментальних законів збереження.

Властивості

Назва	Частинка символ	Анти- частинка символ	Складові кварки	маса спокою (МеВ/c^2)	I^G	J^PC	S	C	B'	Час життя (с)	Зазвичай розпадається на (>5 % розпадів)
Заряджений каон	К^+	К^-	us	493.677±0.016	1/2	0^−	1	0	0	(1.2380±0.0021)×10^−8	μ^+ + νμ або π^+ + π^0 π^+ + π^+ + π^- або π^0 + e^+ + νe
Нейтральний каон	K^0	K^0	ds	497.614±0.024	^1⁄2	0^−	1	0	0	невизначений ^[a]	невизначено ^[a]
Короткий каон	KS^0	власна	^[b]	497.614±0.024^[c]	^1⁄2	0^−	нв	0	0	(8.953±0.005)×10^−11	π^+ + π^- або π^0 + π^0
Довгий каон	KL^0	власна	^[b]	497.614±0.024^[c]	^1⁄2	0^−	нв	0	0	(5.116±0.020)×10^−8	π^+ + e^- + νe або π^- + e^+ + νe або π^+ + μ^- + νμ або π^- + μ^+ + νμ або π^0 + π^0 + π^0 або π^+ + π^0 + π^-

^[a] ↑  Власний стан сильної взаємодії. Час життя не визначений)

^[b] ↑ Власний стан слабкої взаємодії. В будові пропущений малий член, який відповідає за порушення CP-інваріантності.

^[c] ↑  Маси короткого і довгого нейтральних каонів зазначені рівними масам нейтральних каонів. Однак, відомо, що між масами довгого і короткого каонів існує різниця порядка 2.2×10⁻¹¹ МеВ/с.

Особливості нейтральних каонів

Каон K⁰ має античастинку K⁰. Ця частинка народжується в реакціях при участі сильної взаємодії. Однак, вона не є власним станом оператора CP-парності. Внаслідок слабкої взаємодії стани K⁰ та K⁰ змішуються. Тобто, якщо при народженні утворюється пучок K⁰-каонів, то на деякій віддалі від джерела летить уже змішаний пучок K⁰ та K⁰.

Власними станами оператора CP-парності є стани K⁰₁ та K⁰₂.

Стан K⁰₁ має CP-парність , стан K⁰₂ має . Виходячи з міркувань збереження CP-парності, K⁰₁ розпадається на два піони, а K⁰₂ на три піони. Розпад на два піони проходить набагато швидше, ніж розпад на три піони, тому початковий пучок K⁰-каонів на значній віддалі від джерела стає пучком K⁰₂-каонів, який, виходячи з міркувань збереження CP-парності, не повинен розпадатися на два піони.

Проте, як показали експерименти, пучок каонів навіть на значній віддалі від джерела, розпадається із невеликою імовірністю на два піони, що свідчить про незбереження CP-парності.

Відповідно, справжніми частинками є не власні частинки оператора CP-парності K⁰₁ та K⁰₂, а інші частинки, які позначають K⁰_S та K⁰_L.

Історія досліджень

Уперше каони спостерігали Джордж Рочестер та Кліффорд Чарлз Батлер в 1947, проводячи дослідження космічних променів з камерою Вілсона в Манчестерському університеті. Вони помітили, що якась нейтральна частинка розпадається на два заряджені піони, а якась заряджена частинка розпадається на заряджений піон і ще щось. Маса цих частинок була приблизно рівною половині маси протона.

У 1950 дослідники з Калтеху встановили камеру Вілсона на горі Вілсона з метою дослідження космічних променів. Вони підтвердили випадки таких реакцій. Після цього експеримент повторяли в багатьох гірських лабораторіях, і до 1953 невідомі частинки отримали назву К-мезонів. Легші мезони, піони та мюони назвали L-мезонами, а все, що було важче від протона — гіперонами.

Розпад К-мезонів відбувався повільно, за часи порядка 10⁻¹⁰ с, тоді як утворення за часи порядка 10⁻²³ с. Для пояснення цього Абрагам Пайс постулював існування квантового числа, яке він назвав дивністю. Дивність зберігається при сильній, але не зберігається при слабій взаємодії.

Порушення парності

Незабаром виявилося, що каони розпадаються не тільки на два піони, а й на три. Три піони мають інші парність, ніж два, тож спочатку думали, що спостерігаються різні частинки з близькими масами. Однак, після того, як було доведено, що при слабкій взаємодії парність не зберігається, проблема вирішилася.

Порушення CP інваріантності

У 1964 Джеймс Кронін та Вал Фітч із Брукгейвенської національної лабораторої експериментально довели, що в реакціях із каонами не зберігається також комбінація парності і зарядової парності. К_L розпадається на два піони. За це відкриття вони були нагороджені Нобелівською премією за 1980.

Див. також

• Тета-тау-парадокс

Джерела

• Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — М. : Мир, 1979. — 736 с.

Примітки

1. C. Amsler et al. (2008): Particle listings — К⁺ та K^- мезони [ 30 січня 2017 у Wayback Machine.]
2. C. Amsler et al. (2008): Particle listings — К⁰ мезони [ 26 січня 2017 у Wayback Machine.]
3. C. Amsler et al. (2008): Particle listings — Короткий K⁰ мезон [ 11 лютого 2017 у Wayback Machine.]
4. C. Amsler et al. (2008): Particle listings — Довгий K⁰ мезон [ 30 січня 2017 у Wayback Machine.]