Гиперо́ны — семейство элементарных частиц, барионы , содержащие минимум один s -кварк , но не содержащие более тяжёлых кварков ( c и b ) . Таким образом, у всех гиперонов ненулевая странность , но нулевые очарование и прелесть .

Свойства гиперонов

Все известные гипероны состоят из трёх кварков и (как и все барионы) являются фермионами . Это значит, что у них полуцелый спин , и они подчиняются статистике Ферми — Дирака . Все они взаимодействуют через сильное взаимодействие , то есть являются адронами . Они состоят из трёх лёгких кварков , по крайней мере один из которых — s -кварк, что делает их странными барионами . Гипероны в основном (невозбуждённом) состоянии распадаются напрямую или опосредованно на протон или нейтрон и один или больше мезонов за время, как правило, около 10 ⁻¹⁰ секунды (за исключением Σ ⁰ -гиперона, распадающегося за 7,4·10 ⁻²⁰ с ).

Гипероны были открыты в космических лучах в 1947 году Батлером и Рочестером, однако их существование было доказано только в 1951 году . Обнаруженные частицы ( лямбда-гипероны ) назвали лямбда-частицами, поскольку в большинстве случаев они распадались на протон и заряженный пион, которые образовывали на трековых снимках «вилку», напоминающую букву Λ (трек самого гиперона не был виден, так как лямбда-гиперон нейтрален, а наблюдаются треки только заряженных частиц). Взаимодействие протона с ядром, в котором рождалась частица, наблюдалось на снимке, однако до распада нейтральная частица успевала пройти достаточное расстояние, чтобы «вилка» распада не совпадала с точкой рождения. Это означало, что новая частица жила достаточно долго ( 2,6⋅10 ⁻¹⁰ с ) по меркам микромира. Странность заключалась в том, что частица участвовала в сильных взаимодействиях (это было видно по реакциям, в которых она рождалась), а следовательно, её время жизни должно было быть очень малым ( <10 ⁻²⁰ с ). Парадоксально большое время жизни большинства гиперонов связано с тем, что распад их основных состояний происходит только через слабые взаимодействия, поскольку, как выяснилось позже, сильные и электромагнитные взаимодействия не изменяют странность — новое квантовое число, которое было введено именно для объяснения необычного поведения гиперонов и К-мезонов (в последних тоже содержатся s -кварки).

Классификация гиперонов

Кварковая модель вводит классификацию для гиперонов.

Гипероны с одним s -кварком обозначаются греческими буквами Λ ( изоспин 0, электрический заряд 0) и Σ (изоспин 1, заряд −1, 0, +1). В состав лямбда- и сигма-гиперонов входят также два лёгких кварка ( u - и d - ) в разных комбинациях.

Гипероны с двумя s - кварками обозначаются буквой Ξ . Кси-гипероны также содержат один u - или d - кварк и имеют изоспин 1/2 и заряд соответственно 0 или −1.

Гипероны, содержащие три s - кварка, обозначаются буквой Ω . Омега-гипероны имеют нулевой изоспин и заряд −1.

Антигипероны несут обратные квантовые числа. Следует отметить, что Σ ⁻ и Σ ⁺ не являются античастицами по отношению друг к другу, что видно хотя бы из их кваркового состава ( dds и uus соответственно). Нейтральные гипероны ( Λ ⁰ , Σ ⁰ , Ξ ⁰ ) не являются истинно нейтральными частицами (то есть не античастицы для самих себя); так, кроме лямбда-ноль-гиперона, распадающегося чаще всего на протон и отрицательный пион , существует анти-лямбда-ноль-гиперон ( Λ ⁰ ), обычно распадающийся на антипротон и положительный пион.

Время жизни почти всех основных состояний гиперонов составляет около 10 ⁻¹⁰ с . Исключением является Σ ⁰ , который испытывает электромагнитный распад Σ ⁰ → Λ ⁰ + γ за 7,4⋅10 ⁻²⁰ с ; этот распад не изменяет странность и поэтому разрешён, тогда как другие электромагнитные распады гиперонов подавлены сохранением странности в электромагнитных и сильных взаимодействиях. Кроме основных долгоживущих состояний, существуют возбуждённые состояния (так называемые резонансы ), чьё время жизни составляет 10 ⁻²² —10 ⁻²⁴ с . Такие возбуждённые состояния гиперонов обозначают как основные с добавлением в скобках их приближённой массы (округляя с шагом 5 МэВ ), например: Σ(1385) ⁻ обозначает возбуждённое состояние сигма-минус-гиперона с массой 1382,8 МэВ .

Ω ⁻ -гиперон имеет странность −3, поэтому в процессе слабых распадов его на протон или нейтрон происходит многократная смена ароматa . Один такой трёхэтапный распад наблюдался в эксперименте с космическими лучами , но пока другие Ω ⁻ не были получены и исследованы при помощи ускорителей элементарных частиц , SU(3) -модель Мюррея Гелл-Манна (иногда называемая Восьмеричный путь ) не была окончательно подтверждена.

Исследования гиперонов

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 23 февраля 2021 )

Первые исследования гиперонов проводились в 1950-х годах и побудили физиков создать организованную классификацию элементарных частиц. В наши дни исследования в этой области ведутся во многих лабораториях по всему миру, включая ЦЕРН , Фермилаб , SLAC , JLAB , BNL , KEK и другие. Ведутся поиски нарушения CP-инвариантности , измерения спинов , исследования возбуждённых состояний (обычно называемые спектроскопия ) и поиски экзотических состояний, таких как пентакварки .

См. также

	В Викисловаре есть статья « »

• Гиперядро
• Список частиц

Примечания