9.14 奇异粒子的研究
1947 年在宇宙射线的研究中,首先观察到了奇异粒子,但只是在 1954 年加速器实验中产生了奇异粒子之后,再经过系统研究,这类粒子的“奇异”特性才逐渐明朗。所谓奇异粒子,是指当时新发现的一大批新粒子,如 K+,K−,K,\({{\rm{\bar K}}_0}\),Λ,Σ+,Σ−,Σ0,Ξ0,Ξ0 等等,它们的共同特点是:当它们由于粒子之间相互碰撞而产生时,总是一起产生,而且产生得很快,可是衰变却各自独立地行事,而且衰弱得很慢。简单说来,就是它们总是协同产生、非协同衰变。1953 年盖耳曼用一个新的量子数,即奇异数来表述这一特性,并假定在强相互作用中奇异数守恒,而在弱相互作用中奇异数可以不守恒,这样就可以对奇异粒子的特性作出恰当的解释。
在描述粒子物理学中发生的各种过程,物理学家除了运用能量、动量、质量和电荷这些基本概念和有关的守恒定律外,还提出了一些重要的物理量,其中有宇称、电荷共轭和时间反演。宇称以 P 表示,宇称守恒反映了镜像反射的不变性,也就是说,把一个过程换成它的镜像过程后仍然遵从原来的规律;电荷共轭以 C 表示,电荷共轭守恒反映了正反粒子变换的不变性,也就是说,把参与一个过程的所有粒子换成相应的反粒子时,其物理规律不变;时间反演以 T 表示,时间反演守恒即时间反演不变,也就是说,如果时间倒转,物理规律不变。宇称是描写粒子在空间反演下变换性质的物理量,有正负之分,如果在空间反演下波函数不变,则粒子具有正宇称,如果改变符号,则为负宇称。粒子系统的宇称等于各粒子宇称的乘积,还要乘上轨道运动的宇称。如果粒子或粒子系统在相互作用前后宇称不改变,就叫做宇称守恒,它反映了物理规律在空间反演下的对称性。
20 世纪 50 年代,对最轻的奇异粒子(K 介子)的衰变过程发现了一个疑难,即所谓的“θ – τ”疑难。这个疑难在于:实验中发现了质量、寿命和电荷都相同的两种粒子,一个叫 θ 介子,另一个叫 τ 介子。这两种粒子惟一的区别在于:θ 介子衰变为两个 π 介子,而 τ 介子衰变为三个 π 介子。分析上述的实验结果可以得出:三个 π 介子的总角动量为零,宇称为负,而两个 π 介子的总角动量如为零,则其宇称只能为正。鉴于质量、寿命和电荷这三项相同,这两种粒子应是同一种,但从衰变行为来看,如果宇称守恒,则 θ 和 τ 不可能是同一种粒子。这一奇特的现象导致了宇称不守恒的发现。这一发现归功于年轻的中国旅美物理学家李政道(1926— )和杨振宁(1922— )。
文件下载(已下载 19 次)发布时间:2024/3/4 下午7:01:38 阅读次数:901