ГИПЕРОНЫ

(от греч. hyper — сверх, выше), нестабильные элем. ч-цы с массой больше нуклонной и большим (по яд. масштабам) временем жизни; относятся к адронам и явл. барионами. Г. обладают особым квант. числом — странностью (S) и вместе с К-мезонами и нек-рыми резонансами образуют группу странных ч-ц. Новая хар-ка ч-ц — странность введена в 1955 амер. физиком М. Гелл-Маном и япон. физиком К. Нишиджимой для интерпретации закономерностей рождения и распада Г. и К-мезонов, в частности того факта, что при столкновении p-мезонов с нуклонами Г. всегда рождались совместно с К-мезонами (рис. 1), в поведении к-рых обнаруживаются те же особенности, что и у Г.

Известно неск. типов Г.: лямбда (L) с массой т »1116 МэВ, сигма (S-, S0, S+) с m»1190 МэВ, кси (?-, ?0) с m»1320 МэВ и омега (W-) с m»1670 МэВ; все они имеют свои античастицы, обнаруженные экспериментально. Странность Г. отрицательна (антигиперонов — положительна): у L- и S-Г. S=-1, у ?-Г. S=- 2, у W-Г. S=-3. Рождаясь в сильном вз-ствии, Г. распадаются за счёт слабого взаимодействия со ср. .

Рис. 1. Фотография (а) и схематич. изображение (б) случая парного рождения L0-гиперона и К0-мезона на протоне в жидко-водородной пузырьковой камере под действием p--мезона: p-+р®-L0+К0. Реакция обусловлена сильным вз-ствием и разрешена законом сохранения странности (в нач. и кон. состоянии суммарная странность ч-ц S=0). На снимке видны также распады L0 и К0 под действием слабого вз-ствия: L0® р+p-, К0® p++p- ; в каждом процессе странность меняется на единицу. Пунктирные линии на рис. б изображают пути нейтр. ч-ц, не оставляющих следа в камере.

временем жизни t =10-10 с (за исключением S°, распадающегося в результате эл.-магн. вз-ствия с t =10-19 с). Осн. способы распада:

L®р+p-, n+p0; S+®р+p0,

n+p+ ; S0®L+g;

S-®p-+n; ?0®L+p0;

?-®L0+p-; W-®?0 +p-,

?-+p0, L+K-.

Распады с испусканием лептонов составляют доли % от осн. способов распада. Все распады, обусловленные слабым вз-ствием, происходят с изменением странности на единицу (в сильном и эл.-магн. вз-ствиях странность сохраняется). Рис. 2 иллюстрирует процессы сильного и слабого вз-ствия Г.

Первый Г. (L) открыт в косм. лучах (1947). Детальное изучение Г. стало возможным после того, как их получили с помощью ускорителей заряж. ч-ц. В 70-х гг. созданы пучки заряж. и нейтр. Г. с энергией 20— 100 ГэВ; такие Г. благодаря релятив. увеличению времени жизни успевают пролететь до распада расстояния до неск. м. Гиперонные пучки существенно увеличили возможность систематич. исследования вз-ствий Г. (Последние данные о временах жизни Г. (см. в табл. 1 в ст.. (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ))

Сильное вз-ствие Г., как и др. адронов, обладает симметрией, наз. изотопической инвариантностью и проявляющейся в том, что ч-цы группируются в изотопич. мультиплеты. Г. образуют четыре изотопич. мультиплета: W и L — изотопич. синглеты, ?-Г.— изотопич. дублет (?-, ?0), 2-Г.—изотопич. триплет (S+ , S0, S-). Аналогичные мультиплеты образуют антигипероны. По ряду св-в Г. довольно близки к др. барионам и могут быть объединены вместе с ними в более широкие ' семейства — унитарные мультиплеты, отвечающие унитарной симметрии SU (3). С помощью этой симметрии удалось предсказать существование и св-ва W--Г.

Св-ва Г. можно объяснить в рамках совр. кварковой модели ч-ц. Согласно этой модели, Г., как и др. барионы, состоят из трёх кварков, причём в состав Г. обязательно входят s-кварки — носители странности. Странность s-кварка S=-1, так что в Г. Л и 2 входит один s-кварк, в ?-Г.— два, а W-Г. состоит из трёх s-кварков. В распадах Г., обусловленных слабым вз-ствием, s-кварк переходит в u-кварк с S=0. Поэтому слабые распады происходят с изменением S на единицу. Этот закон запрещает распад ?-Г. на нуклон и p-мезоны, т. к. при этом странность изменилась бы на два. Распад ? происходит в два этапа: ?®L+p; L ®N+p. Поэтому ?-Г. наз. каскадным. Каскадные распады претерпевают также W-Г. Другие правила отбора позволяют объяснить соотношения между вероятностями разл. каналов распада Г.

При вз-ствии быстрых ч-ц с ядрами могут возникать т. н. гиперядра, в к-рых один из нуклонов ядра замещён L-Г. (наблюдались также гиперядра с двумя L-Г.). .

Рис. 2. Фотография (а) и схематич. изображение (б) рождения и распада антигиперона W=(W+) в пузырьковой камере, наполненной жидким дейтерием и находящейся в магн. поле. W- рождается (в точке 1) в реакции К+d®W=+L0+L0+р+p++p-. Согласно законам сохранения барионного заряда В и (в сильном вз-ствии) странности S, рождение антибариона W= (В=-1) на дейтроне (В=+2) сопровождается рождением трёх барионов: L0, L0, р (в нач. состоянии S=+1). Распады образовавшихся ч-ц происходят в результате слабого вз-ствия с изменением S на единицу. Один L0 распадается (в точке 2) на p и p-, а другой L0 выходит из камеры, не успев распасться (на рисунке не помечен; его наличие подтверждается законом сохранения энергии и импульса); W= распадается (в точке 3) на антилямбда-гиперон L=0 и К+ ; L=0 распадается (в точке 4) на p^ и p+; p^ (в точке 5) аннигилирует с протоном, образуя неск. p-мезонов.