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[ред. | ред. код]

Назва	Частинка символ	Анти- частинка символ	Складові кварки	маса спокою (МеВ/c²)	I^G	J^PC	S	Час життя (с)	Зазвичай розпадається на (>5 % розпадів)
Заряджений каон^[1]	К⁺	К^-	us	493.677±0.016	1/2	0⁻	1	(1.2380±0.0021)×10⁻⁸	μ⁺ + ν_μ або π⁺ + π⁰ π⁺ + π⁺ + π^- або π⁰ + e⁺ + ν_e
Нейтральний каон^[2]	K⁰	K⁰	ds	497.614±0.024	¹⁄₂	0⁻	1	невизначений ^[a]	невизначено ^[a]
Короткий каон^[3]	K_S⁰	власна	$\mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}-s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,$ ^{^[b]}	497.614±0.024^{^[c]}	¹⁄₂	0⁻	нв	(8.953±0.005)×10⁻¹¹	π⁺ + π^- або π⁰ + π⁰
Довгий каон^[4]	K_L⁰	власна	$\mathrm {\tfrac {d{\bar {s}}+s{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} \,$ ^{^[b]}	497.614±0.024^{^[c]}	¹⁄₂	0⁻	нв	(5.116±0.020)×10⁻⁸	π⁺ + e^- + ν_e або π^- + e⁺ + ν_e або π⁺ + μ^- + ν_μ або π^- + μ⁺ + ν_μ або π⁰ + π⁰ + π⁰ або π⁺ + π⁰ + 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^[4].

Особливості нейтральних каонів[ред. | ред. код]

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.

K_{1}^{0}={\frac {K^{0}-{\bar {K}}^{0}}{\sqrt {2}}}

.

K_{2}^{0}={\frac {K^{0}+{\bar {K}}^{0}}{\sqrt {2}}}

.

Стан K⁰₁ має CP-парність $\eta _{CP}=+1$ , стан K⁰₂ має $\eta _{CP}=-1$ . 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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

Тета-тау-парадокс

Джерела[ред. | ред. код]

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

Примітки[ред. | ред. код]

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

[PDGKaon-1] C. Amsler et al. (2008): Particle listings — К⁺ та K^- мезони [Архівовано 30 січня 2017 у Wayback Machine.]

[PDGKaon0-2] C. Amsler et al. (2008): Particle listings — К⁰ мезони [Архівовано 26 січня 2017 у Wayback Machine.]

[PDGK-short-3] C. Amsler et al. (2008): Particle listings — Короткий K⁰ мезон [Архівовано 11 лютого 2017 у Wayback Machine.]

[PDGK-long-4] а ^б C. Amsler et al. (2008): Particle listings — Довгий K⁰ мезон [Архівовано 30 січня 2017 у Wayback Machine.]

[1]

[2]

[a]

[3]

[b]

[c]

[4]