Странность элементарных частиц

Каково свойство, нарушение которого привело к предположению о странности? До открытия странности предполагалось, что частицы, рожденные в результате сильных взаимодействий, могут распадаться только в результате сильных взаимодействий? Но открытие таких частиц, как каоны и барионы, показало, что они рождаются в результате сильного взаимодействия, но распадаются из-за слабого взаимодействия. Это то свойство, которое называется странностью?

Ответы (1)

В мире существует шесть типов (ароматов) кварков. u- и d-кварки являются самыми легкими, а протоны, нейтроны и легкие мезоны (то есть долгоживущие адроны) состоят из этих двух. Следующий кварк - s-кварк из "странного кварка", намного тяжелее (95 МэВ по сравнению с ~2 МэВ и ~5 МэВ для u и d соответственно)

Электромагнитное и сильное взаимодействие сохраняет вкус. Это означает, что, например, если s-кварк излучает или поглощает фотон или глюон, он остается s-кварком. Таким образом, если бы не было слабого взаимодействия, s-кварк (или, правильнее сказать, легчайший адрон, в состав которого он входит) был бы стабилен и никогда не распадался бы просто потому, что не было бы процесса, обеспечивающего такой распад.

Можно ввести закон сохранения числа s-кварков. Именно это сохраняющееся число и называется «странностью». Если вы сталкиваете легкие частицы с достаточной энергией, вы можете создать пару s-кварк-анти-s-кварк. Таким образом, вы могли бы создать пары (для сохранения полной нулевой странности) этих тяжелых адронов с s-кварком, которые, однако, никогда не распадутся сами по себе.

В реальном мире существует слабое взаимодействие, которое меняет аромат, т.е. s-кварк может излучать W-бозон и превращаться в u-кварк. Слабое взаимодействие позволяет всем адронам (кроме протона) распадаться в результате новых процессов, и на ваш вопрос «предполагалось ли, что частицы, рожденные в результате сильных взаимодействий, могут распадаться только в результате сильных взаимодействий?» ответ твердый НЕТ - слабое взаимодействие обнаружено именно в распадах адронов. Для нас сейчас важнее то, что слабое взаимодействие обеспечивает единственный механизм распада адронов с s-кварком на более легкие адроны без s-кварка.

Однако, поскольку слабое взаимодействие, ну, слабое, адроны с s-кварком распадаются намного медленнее, чем адроны сравнимой массы, но без s-кварка. В 50-е годы, конечно, никто не знал о кварках, и именно из-за этой удивительной особенности адроны с s-кварком назывались «странными».