Законы сохранения. Квантовые числа – характеристики элементарных частиц

Законы сохранения: 1)точные (выполняются для всех фундаментальных взаимодействий): ЗС энергии, ЗС импульса, ЗС момента импульса, ЗС электрического заряда, ЗС лептонных зарядов; 2) приближённые (не выполняются при слабом взаимодействии): ЗС барионного заряда, ЗС чётности, ЗС изоспина, ЗС странности, очарования и красоты.
1. Лептонные заряды. Закон сохранения лептонных зарядов: во всех процессах лептонные заряды закрытой системы остаются неизменными: L_e,L_μ, L_τ=const

2. Барионный заряд. Закон сохранения барионного заряда: во всех процессах барионный заряд за- крытой системы остаётся неизменным: B=const

3. Странность

Странность S – квантовое число, отличное от нуля для некоторых гиперонов и мезонов, распадающихся за счёт слабого взаимодействия.

Закон сохранения странности: во всех процессах, обусловленных электромагнитным и сильным взаимодействием, странность закрытой системы остаётся неизменной, а в процессах, обусловленных слабым взаимодействием, может из- меняться на ±1.

4. Шарм (очарование) C, красота (прелесть) b, истина t. Эти квантовые числа – аналог странности S. Закон сохранения шарма, красоты и истины: во всех процессах, обусловленных электромагнитным и сильным взаимодействием, шарм, красота и истина закрытой системы остаются неизменными, а в процессах, обусловленных слабым взаи-модействием, могут изменяться на ±1.

5. Изоспин. Адроны, близкие по физическим свойствам, можно разбить на группы – изотопические мультиплеты.

Характеристики частиц в изотопическом мультиплете

1. Примерно равные массы m.

2. Равные барионный заряд B, спин s, странность S.

3. Различный электрический заряд Q.

4. Равный изотопический спин (изоспин) T.

5. Различные проекции изотопического спина Tz.

характеристики элементарных частиц: Чётность. C-, P-, T-симметрии. Поляризация частиц

Чётность – свойство физической величины сохранять свой знак (или изменять его на противоположный) при некоторых дискретных преобразованиях: A’= PA, где A – физическая величина до преобразования, Aˊ - эта же величина после преобразования;

P =+- 1. При P = +1 величина чётная, при P = –1 – нечётная.

C-симметрия (зарядовая симметрия) – симметрия относительно зарядового сопряжения, т. е относительно замены всех частиц в некотором процессе на соответствующие античастицы.

P-симметрия (зеркальная симметрия) – симметрия относительно зеркального отражения, т. е относительно замены некоторого процесса зеркально отражённым.

T-симметрия (временная симметрия) – симметрия относительно обращения времени, т. е относительно замены некоторого процесса на обратный.

Поляризация частиц:

Все частицы, рождающиеся в процессах, обусловленных слабым взаимодействием, поляризованы продольно: спин частицы направлен параллельно её импульсу:

Правополяризованная частица – частица, спин которой сонаправлен импульсу. Левополяризованная частица – частица, спин которой направлен против им- пульса.

Частицы рождаются левополяризованными, а античастицы – правополяризованными. Это означает нарушение C- и P-симметрии – несохранение C- и P-четности.

Кварковая модель адронов

1. Все адроны состоят из частиц, называемых кварками. Имеется 6 типов (ароматов) кварков (см. ТАБЛ.).
Все кварки имеют спин s = 1/2, дробный электрический заряд, барионный заряд B =1/3.
Антикварки отличаются от кварков знаками зарядов Q, B, S, C, b, t.
Лептоны и кварки группируются в три поколения (ТАБЛ. 50.1). Частицы I поколения – самые лёгкие, III поколения – самые тяжёлые.
Поколения лептонов и кварков

2. Взаимодействие кварков и образование адронов
Сильное взаимодействие между кварками осуществляется через обмен глюонами g.

Фейнмановская диаграмма взаимодействия кварков показан на РИС. Спин глюона s = 1, чётность P = –1.

Кварки не наблюдаются в свободном состоянии. Имеет место пленение кварков – конфайнмент.
Мезоны состоят из кварка и антикварка.
Барионы состоят из трёх кварков; гипероны состоят из трёх кварков, не все из которых – u или d.

Спин адрона: , L- сумма орбитальных моментов кварков, L _s- сумма спиновкварков
Системы, состоящие из одной и той же комбинации кварков, но с разным суммарным спином, являются разными элементарными частицами!
3. Цвет. Кварки характеризуются ещё одним квантовым числом – цветом. Цвет может принимать три значения (красный, желтый, синий). При испускании и поглощении глюонов кварк изменяет цвет, но его аромат при этом сохраняется.
Антикварки характеризуются антицветом. Глюоны характеризуются цветом и антицветом.

Закон сохранения цвета: цветовой заряд закрытой системы не изменяется.

Закон сохранения цвета не выполняется в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.
Так как глюон имеет цветовои заряд, он испускает глюоны. На расстояние больше r₀ цветовые заряды вырваться не могут. Поэтому в свободном виде могут существовать только бесцветные (белые) комбинации цветовых зарядов.
Принцип бесцветности адронов: возможны только такие сочетания кварков разных цветов, смесь которых бесцветна.
4. Распад кварков
Аромат кварков может изменяться в процессах, обусловленных слабым взаимодействием.