К-мезоны

К-МЕЗОНЫ (каоны), группа из двух за­ряженных (К⁺, К^-) и двух нейтраль­ных (К⁰, ̅К̅⁰) частиц с массой, приблизи­тельно равной половине массы протона, и нулевым спином. К-мезоны участвуют в про­цессах сильного взаимодействия (т. е. являются адронами) и обладают сохра­няющимся в этих процессах особым кван­товым числом - странностью. К⁺- и К°-мезоны имеют странность S = + 1, а К^- и К̅⁰ , являющиеся их античастица­ми, странность S = —1. Согласно простей­шей кварковой модели, мезоны К⁺ и К⁰ состоят из антикварка (s) со странностью S = 1 и соответственно из лёгких и- и d-кварков: K⁺(s̃, u), K°(s̃, d), а их анти­частицы К^- и К̃⁰ составлены из кварка s и антикварков й и d̃: K^-(s, й), K̃°(s, d̃) (см. Элементарные частицы).

К-мезоны К⁺ и К° объединяются в изотопи­ческий дублет (см. Изотопическая ин­вариантность). Аналогичную группу со­ставляют мезоны К̃⁰ и К^-. Вместе с π-ме­зонами (пионами) и т.н. η-мезоном они входят в октет псевдоскалярных мезо­нов с отрицательной внутренней чётностью и нулевым барионным числом.

К-мезоны впервые наблюдались в космических лучах в 1947-51, однако были полностью идентифицированы только после получе­ния их на ускорителях высокой энергии в 1954 году. В процессах сильного взаимо­действия частиц, не обладающих стран­ностью (например, нуклонов), К-мезоны рожда­ются совместно друг с другом или с другими странными частицами так, чтобы сохра­нялось суммарное (нулевое) значение странности. Масса заряженных К-мезонов со­ставляет (493,677 ± 0,016) МэВ, а масса нейтральных - (497,648 ± 0,022) МэВ. Нейтральные К-мезоны имеют несколько боль­шую массу, т.к. входящий в их состав d- (или d̃-) кварк «тяжелее», чем u- (или й-) кварк в составе заряженных.

Распад К-мезонов происходит под влиянием слабого взаимодействия. Время жизни заряженных К-мезонов составляет τ = ( 1,2385 ±  0,0024)∙10^-8 с. Основными каналами распада К-мезонов являются: Κ^±→μ^±ν_μ(ν̃_μ) (63%); К⁺ → π⁺π⁰ (21%); К⁺ →π^±π^±π⁺ (5,6%); Κ^±→π^±π°π° (1,8%); К⁺ → π°ε^±ν₀(ν̃_ε) (5%); К⁺ →π°μ^±ν_μ(ν̃_μ) (3,3%). Возмож­ность распада К-мезонов как на два, так и на три пиона (с различной пространственной чёт­ностью в конечном состоянии) явилась первым указанием на нарушение про­странственной чётности в слабых взаи­модействиях.

Нейтральные К-мезоны обладают специфическими свойствами, связанными с тем, что при слабом взаимодействии, нарушающем странность, возможны переходы К°<-> К̃°, т.н. осцилляции. Благодаря этому в ва­кууме в качестве частиц с определёнными временем жизни и массой проявляются т. н. долгоживущие К⁰_L - и короткоживущие К⁰_S-мезоны, которые являются супер­позицией состояний К° и К̃° (см. Супер­позиции состояний принцип). С точно­стью до квадрата малой величины ε (|ε| = 2,23· 10^-3) эти суперпозиции мож­но представить в виде К⁰_S ≈ Κ⁰₁+εΚ⁰₂ и К⁰_L = К⁰₂ + εΚ⁰₁, где К⁰₁ = (1/√2)(K° + К̃⁰) и К⁰₂ =(1/√2)(К° - К̃⁰) - состояния с оп­ределённой комбинированной чётностью (CP-чётностью): К⁰₁ — с положительной, К⁰₂ - с отрицательной. Поэтому со­стояние К⁰₂ не может переходить в два пиона с положительной CP-чётностью и время жизни К⁰_L оказывается намного большим, чем у К⁰, для которого канал распада К, на два пиона является ос­новным. Как было установлено в 1964 году, долгоживущий К⁰_S-мезон с вероятностью ≈2∙10^-3 также может распадаться на два пиона. Это свидетельствует о наличии К⁰₁ в составе суперпозиции К⁰_L и нару­шении CP-симметрии. Такое «миллислабое» нарушение CP-симметрии мо­жет быть объяснено в рамках стандарт­ной модели элементарных частиц.

Основными каналами распада нейтрального К⁰_L являются: К⁰_L → π^±ε ⁺ ṽ_e(v_e) (40,5%); К⁰_L→ π⁺μ⁺ ν̃_μ(ν_μ)(27%); К⁰_L→ 3π⁰ (19,6%); К⁰_L→ π⁺π^-π⁰ (12,6%). Время жизни К⁰_L и К⁰_S соответственно равно: τ_К0L≈(5,11 ± 0,021)·10^-8с, τ_κο_S ≈0,895∙10^-10с, а разность масс m_КL - m_KS = (3,483 ± 0,006)·10^-6 эВ. Используя эту вели­чину и ряд других измеренных эксперимен­тально параметров К_L-распада, можно заключить, что отношение разности масс К̃⁰- и К⁰-мезонов к их средней массе не превышает 10^-18. Эта величина является наиболее точной проверкой СРТ-теоре­мы, согласно которой массы частиц и ан­тичастиц должны быть равны друг другу.

Лит.: Ли Цзун-дао, By Ц. Слабые взаимодействия. М., 1968; Окунь Л. Б. Лептоны и кварки. 4-е изд. М., 2008.