Близнецы в электрической одежде

Когда физики только начинали знакомиться с элементарными частицами, каждая из них казалась яркой и обособленной индивидуальностью. Но число известных частиц росло и они как-то почти сами собой начали разбиваться на группы, внутри каждой из которых обозначались признаки определенного родства.

Началась классификация частиц.

По каким же признакам можно проводить систематику?

Исторически первым признаком была масса. (Вероятно, здесь не последнюю роль сыграл поразительный пример менделеевской классификации элементов.) Частицы были разделены на группы — их так и называли тогда: легкие, средние и тяжелые. Однако эта схема потребовала уточнений. Пришлось учитывать спин и — что для нас особенно важно — характер взаимодействия. Так родились известные классы частиц: лептоны, мезоны *), тяжелые частицы — барионы и, наконец, к ним добавились резонансы. Лишь фотон был и остается в одиночестве. Он сам образует целый класс **). С этой классификацией мы уже знакомились, разбирая таблицу элементарных частиц.

Но вот что любопытно. Если присмотреться повнимательнее к этой таблице, легко обнаружить среди мезонов и барионов группы частиц, которые прямо-таки напрашиваются на то, чтобы образовать из них четкие подгруппы.

Вот, например, три л-мезона: π+, π- и π0. Если бы не заряды, то как можно было бы их различить? По отношению к сильным взаимодействиям все они ведут себя абсолютно одинаково. У них одинаковый спин. Даже небольшое различие в массах — и то имеет электромагнитное происхождение: исчезни электрические заряды — и массы стали бы одинаковыми. Как тут удержаться и не сказать, что три π-мезона — это, в сущности, не разные частицы, а одна, но только в различных зарядовых состояниях!

π-мезоны — не единственный известный нам пример близнецов, отличающихся лишь электрическими одеждами. Как, вероятно, помнит читатель, разговор о ядерных силах привел нас к такому же выводу относительно протона и нейтрона. Можно вообще сказать, что это не какой-то особый случай, а правило. Мимо него нельзя пройти, не насторожившись.

Познакомимся поближе с зарядовыми мультиплетами (так стали называть группы частиц, отличающихся только зарядовыми состояниями). Кроме триплета (мультиплета из трех частиц) л-мезонов существует еще триплет Σ-гиперонов. К-мезоны, как и протон с нейтроном, образуют зарядовый дублет (2 частицы); Λ0-гиперон — синглет, т. е. единственный представитель особого зарядового мультиплета.

Близнецами в «электрической одежде» оказались и резонансы. Так, наряду с резонансом N*++, возникающим при рассеянии π+-мезонов на протонах, имеются еще пион-нуклонные резонансы N*+, N*0, N*-, различающиеся только электрическими зарядами. Эти заряды равны соответственно 2е, е, 0 и -е.

Принадлежность к определенному зарядовому мультиплету и число частиц в этом мультиплете — это важнейшая отметка в паспорте элементарной частицы. Однако оказывается, что гораздо удобнее говорить не о числе частиц в мультиплете, а о так называемом изотопическом спине и о проекциях изотопического спина.

1 2