Закон сохранения странности
Медленный распад противоречит быстрому рождению.
Кроме перечисленных законов сохранения в ядерных реакциях выполняется
еще один закон, который звучит очень странно, - закон сохранения странности.
Физики очень давно начали изучать космические лучи с помощью камеры
Вильсона. Заряженные частицы на своем пути в камере ионизируют атомы, и
на получающихся ионах высаживаются капельки воды. Получается туманный след
проходящей частицы. Было установлено, что космические лучи состоят из легких
частиц - электронов и фотонов и из более тяжелых частиц - протонов и мезонов.
Есть даже в небольшом количестве и ядра более тяжелых элементов. Если в
камеру Вильсона поместить свинцовую пластину, то можно наблюдать вторичные
частицы, которые возникают в свинце под действием космических частиц. При
изучении этих вторичных частиц были обнаружены следы, имеющие вид двузубой
вилки - из одной точки расходилось два следа. Их надо было объяснить тем,
что какая-то нейтральная частица, которая не оставляет следа в камере Вильсона,
распадается на две заряженные. Далее обнаружилось, что есть по крайней
мере два сорта таких нейтральных частиц - одни распадаются на протон и
отрицательный пион (я-мезон), а другие - на положительный и отрицательный
пионы. Частица первого типа, поскольку она дает при распаде протон, имеет
барионный заряд, равный единице (барионный заряд протона). Она была названа
лямбда-частицей или лямбда-барионом. Вторая частица имеет барионный заряд,
равный нулю, и называется K0-мезоном.
По расстоянию от места образования (свинцовой пластинки) до начала вилки
можно было судить о времени жизни этих частиц. Оно оказалось очень большим:
10-8 с, тогда как время, характерное для сильных ядерных взаимодействий,
- порядка 10-23с. Здесь и выступила странность этих частиц.
На первый взгляд ничего странного - есть же ядерные частицы, которые долго
живут. Например, нейтрон, который распадается на протон, электрон и антинейтрино
(нейтральная частица с массой, равной нулю), живет приблизительно 10 мин.
Однако при более внимательном анализе такое большое время жизни лямбда
и К0-частиц вызывает серьезное недоумение. Действительно,
лямбда и К0-частицы возникают при облучении протонов
отрицательными пионами. При этом они образуются в таком большом количестве,
которое соответствует сильному взаимодействию этих частиц с протонами и
пионами. Но тогда они должны были бы и распадаться в соответствии с этим
сильным взаимодействием за время порядка 10-23 с. Физикам понадобилось
два года, чтобы разгадать эту загадку.
Всегда, когда не осуществляется какой-либо процесс, который по всем
известным законам сохранения мог бы происходить, физики обнаруживали новый
закон сохранения, который запрещает процесс. Закон сохранения, который
запрещает лямбда и К0-частицам быстро распадаться, называется
законом сохранения странности. лямбда и К0-частицам приписывается
еще один "заряд" - странность. К0-частица имеет странность,
равную +1, странность Я-частицы равна - 1. Протон, нейтрон, пион не странные
частицы (их странность равна нулю). В сильных ядерных взаимодействиях странность
сохраняется; это означает, что алгебраические суммы странностей в начале
и конце реакции равны.
В отличие от закона сохранения барионного и электрического зарядов закон
сохранения странности неточный - он нарушается в слабых взаимодействиях,
тех самых, которые ответственны за р-распад и, в частности, за распад нейтрона.
Поэтому лямбда и К0-частицы все же распадаются,
несмотря на то что странность в конце реакции равна нулю. Но поскольку
в сильных взаимодействиях странность сохраняется, эти частицы живут не
10-23, а 10-8 - 10-10 с.
Так как лямбда и К0-частицы рождаются в большом количестве,
т. е. за счет сильных взаимодействий, то странность при их рождении должна
сохраняться. Мы вынуждены прийти к заключению, что они рождаются парами,
например при облучении протонов отрицательными пионами получаются сразу
К0- и лямбда-частицы. Суммарная странность справа и слева
равна нулю. Было изучено много различных ядерных реакций с участием странных
частиц. Найдены и другие странные частицы кроме лямбда и К0-частиц.
Но во всех случаях оказалось, что странность сохраняется в сильных взаимодействиях.
|