§ 226а. Барионный спектр

При столкновении с другими частицами нуклоны возбуждаются и переходят в большое число различных квантовых состояний. Нуклон в возбужденном состоянии называют барионом.

Наши сегодняшние представления о системе барионных уровней и переходах между ними показаны на схеме рис. 246а, предложенной американским физиком Виктором Вейскопфом. Жирные горизонтальные линии указывают обнаруженные на опыте энергетические уровни бариона. Шкала энергий дана слева. Для уровней энергии атомных ядер, которые мы обсуждали в предыдущей главе, понадобилась шкала в сотни тысяч раз более крупная, чем для атомов.

При переходе к спектру барионов нам нужно увеличить масштаб еще в тысячу раз. Мы видим, что разности энергий между уровнями измеряются уже в единицах (гигаэлектрон-вольт). Уже одна эта шкала показывает, в чем смысл постоянного наращивания мощностей ускорителей частиц: выполнить этот рисунок стало возможным лишь благодаря позднейшим работам на ускорителях, придающих частицам-снарядам энергии, достаточные для возбуждения бариона.

Весь рисунок надо понимать как картину спектра одной частицы, основное состояние которой (нуклон) является дублетом. Различие между компонентами этого дублета — протоном и нейтроном, равное не видно на шкале обсуждаемого рисунка.

Для наглядности уровни бариона разбиты по столбцам, различающимся значениями двух квантовых чисел — изоспина и странности

Как было только что сказано, различие в зарядах смещает уровень на величину, незаметную в масштабе нашего рисунка. Опыт показывает, что некоторые состояния встречаются в одной зарядовой разновидности — это синглеты. В третьем столбце слева (а также на последнем) изображены синглетные уровни. Наиболее низкий синглетный уровень бариона носит название лямбда-частицы. -частица электрически нейтральна.

Над основным дублетным протон-нейтронным уровнем (первый столбец слева) собраны другие дублеты. Во втором столбце слева изображены квартеты. Наиболее низкий уровень этого семейства — дельта-частица встречается в четырех зарядовых разновидностях Четвертый столбец — триплетный, пятый и шестой — дублетный и синглетный соответственно.

Состояниям одной и той же мультиплетности приписывается изоспиновое число (крайне неудачный термин, поскольку к вращательному спину это число не имеет никакого отношения). Оно выбирается таким образом, чтобы равнялось мультиплетности

Уровни разбиты по столбцам также в зависимости от странности 5. Странность где барионное число. Для обсуждаемой таблицы У всех антибарионов У мезонов

Барионное число атомных ядер равно числу ядер. Величина равна удвоенному среднему заряду мультиплета:

Энергетические уровни одного и того же столбца (с одинаковыми отличаются значениями спинов и четности.

Рассмотрим теперь переходы между уровнями. На рисунке показаны -переходы (сплошные линии), -переходы (штриховые линии) и переходы с выбрасыванием лептонной пары (сплошные жирные). Эмиссия фотонов на рисунке не показана. Обычно фотоны выделяются при пионных переходах, если только нет изменения заряда. Переходы возможны от каждого члена одного мультиплета к каждому члену другого; чтобы не загромождать чертеж, мы ограничились одной линией.

Пионные переходы возможны только между уровнями с одинаковым значением 5. Именно эта странность в поведении барионов и послужила основанием для введения числа

Если приписать всем пионам странность, равную нулю, а в случае каонов положить для для и (черта сверху обозначает античастицу), то будет иметь место закон сохранения странности.

Если изоспин пиона равен 1, а изоспин каона 1/2, то при переходах сохраняется и изоспиновое число.

Несмотря на то, что в этой схеме мезоны рассматриваются как своеобразные кванты излучения, оказывается целесообразным рассмотреть все семейство мезонов как возбужденное состояние пиона. Однако надо помнить о существенном отличии пиона от нуклона. Пион неустойчив и превращается в фотоны или лептонные пары: превращается за с в фотоны, заряженные -мезоны через — в лептонные пары.

Схема мезонного спектра изображена на рис. 2466. Ее удается организовать по тому же принципу, что и барионный спектр. Эта

схема все же не столь красива, как предыдущая. Мы видим, что хаоны и эта-мезоны способны исчезать, не проходя через пионное состояние.

Рис. 246б. (см. скан)

Мюоны, естественно, не фигурируют на этой схеме, так как они являются членами лептонной пары.