Факультет

Студентам

Посетителям

Проблемы классификации элементарных частиц

Пожалуй, прежде чем перейти к изложению сути вопроса, лучше взять небольшой разбег и для этого кратко повторить путь развития, который прошла классификация жителей микромира. Самую первую систематизацию мы провели по массам, электрическому заряду и спину частиц. Это сразу же позволило разделить их по классам взаимодействия.

Затем все сильно взаимодействующие частицы мы объединили в семейства, которые назвали зарядовыми мультиплетами. При этом каждый мультиплет описывался дополнительным квантовым числом — гиперзарядом, который зависел от зарядов всех членов семьи и был связан со странностью и барионным зарядом. Восемь барионов были в полном составе известны физикам, и они легко уложились в группу новой супермультиплетной классификации. Восьмерка «легких» мезонов по новой классификации укладывалась в такую группу. Недостающим был эта-мезон, предсказанный Гелл-Манном в 1961 году и в том же году найденный экспериментаторами.

В шестидесятых годах на исследователей буквально обрушился водопад новых короткоживущих частиц, которые распадались, как ракеты праздничного фейерверка, давая самые разнообразные букеты из более легких представителей микромира. Это были резонансы.

С вводом в строй все более мощных ускорителей отряд резонансов все пополнялся, и к нашим дням их общее количество перевалило уже за две сотни. Теоретикам сначала казалось, что причин для волнений нет. Все вновь открываемые частицы укладывались в зарядовые мультиплеты. Но скоро таких семейств оказалось просто слишком много. Они сами стали нуждаться в какой-то систематизации. И тогда возникла мысль объединить несколько зарядовых мультиплетов (синглетов, дублетов, триплетов) с разными гиперзарядами в более обширные группы — супермультиплеты. Во-первых, это явилось бы дальнейшим развитием классификации. Во-вторых, объединение разрозненных зарядовых мультиплетов очень уж походило бы на объединение атомов в семейства, как во времена составления таблицы элементов Менделеева. И оттого казалось еще более заманчивым.

Но какими должны быть эти супермультиплеты? И вот Гелл-Мани и Нейман одновременно и независимо друг от друга предложили так называемый восьмеричный путь. Пожалуй, основой для этого послужило то, что к тому времени уже было открыто восемь барионов, распределившихся по нескольким зарядовым мультиплетам.

По идее все члены супермультиплета должны обладать одинаковым спином. Если нарисовать систему координат, в которой по горизонтали откладывать электрический заряд частиц — членов супермультиплета, а по вертикали — гиперзаряд, то получаются очень интересные картинки.

Посмотрите-ка, каким получился первый октет (восьмерка) барионов. Частицы, лежащие по одной горизонтали, — это члены одного зарядового мультиплета. А значит, они — родственники, обладающие близкими массами. Более того, массы всех частиц в супермультиплете подчиняются простым арифметическим соотношениям. Значит, если бы какой-нибудь из частиц, входящих в октет, физики бы не знали, массу ее тут же можно было бы вычислить…

После построения октета барионов теоретики обратились к мезонам. Но в то время экспериментаторы выудили из микромира только семь подходящих частиц: три Пи-мезона и четыре К-мезона (вы помните, что нейтральный каон оказался не тождественным своей античастице). Теория же требовала восьми частиц. И что же?.. В том же 1961 году, когда был сооружен теоретиками недостроенный октет мезонов, экспериментаторы открыли еще одну частицу, которую назвали Эта-мезон и которая завершила мезонный октет.

Когда подошла очередь резонансных частиц со спином 3/2, Гелл-Манн предположил, что они должны составлять супермультиплет не из восьми, а из десяти частиц. И все они должны были обладать спином больше единицы.

Десять штук частиц не могли располагаться шестиугольником. В выбранных координатах они ложились в «пирамидку» — многоэтажный треугольник. В первом этаже устроились четыре дельтагиперона, во втором — три резонансных сигма-гиперона, в третьем — два кси-гиперона, а в четвертом?.. Четвертого этажа не было. Хотя по правилам следовало ждать, что там должен «сидеть» один массивный гиперон с отрицательным электрическим зарядом и, естественно, нулевым изотопическим спином. Ему даже имя дали «омега-минус-гиперон», массу подсчитали — 3300 электронных масс, время жизни вычислили… А найти не могли.

В 1964 году, когда экспериментаторы заканчивали просмотр стотысячной фотографии, снятой возле мощного ускорителя, они все-таки «углядели» следы распада именно такие, какие им уже начинали сниться по ночам. Недостающий гиперон был «изловлен»!

Что же, право, есть некоторые основания считать, что новая систематика получилась достаточно убедительной…

Источник: А.Н. Томилин. В поисках первоначал. Издательство «Детская литература». Ленинград. 1978