Kaon

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Struktura kaonu plus. Składa się on z kwarka u i antykwarka s

Kaon (mezon K) – najlżejsza cząstka o niezerowej dziwności, mezon K jest bozonem o spinie 0. Antycząstką kaonu jest antykaon.

Występują cztery rodzaje kaonów, izodublet zawierający kwark dziwny s:

K^{-}=\bar{u}s
\bar{K}^{0}=\bar{d}s

oraz izodublet zawierający kwark anty-dziwny \bar{s}

K^{+}=u\bar{s}
K^{0}=d\bar{s}

Historia[edytuj | edytuj kod]

Kaony zostały odkryte w roku 1947 przez Georga D. Rochestera i Clifforda Charlesa Butlera z Uniwersytetu w Manchester w promieniowaniu kosmicznym[1].

Kaony neutralne[edytuj | edytuj kod]

Mieszanie K^{0} i \bar{K}^{0}[edytuj | edytuj kod]

Z punktu widzenia oddziaływań silnych, zachowujących dziwność K^{0} oraz \bar{K}^{0} są innymi cząstkami.

Mezon K0 występuje w dwóch odmianach: długożyjącej, oznaczanej jako K0L (5,116±0,021)·10−8 s i krótkożyjącej K0S (8,954±0,004)·10−11 s, które można zapisać jako superpozycje cząstek K^{0} oraz \bar{K}^{0}:

\mathrm{K_S^0} = \mathrm{\frac{d\bar{s} + s\bar{d}}{\sqrt{2}}}
\mathrm{K_L^0} = \mathrm{\frac{d\bar{s} - s\bar{d}}{\sqrt{2}}} ,

lub

| K^{0}_{S} \rangle= p| K^{0} \rangle + q| \bar{K}^{0} \rangle
| K^{0}_{L} \rangle= p| K^{0} \rangle - q| \bar{K}^{0} \rangle

Rozpady[edytuj | edytuj kod]

K0S rozpada się prawie wyłącznie na pary pionów[2]:

  • K^0_S \rightarrow \pi^+\pi^- – 69,2%
  • K^0_S \rightarrow 2\pi^0 – 30,7%

Główne kanały rozpadu K0L:

  • K^0_L \rightarrow \pi^\pm e^\mp\nu_e – 40,5%
  • K^0_L \rightarrow \pi^\pm\mu^\mp\nu_\mu – 27,1%
  • K^0_L \rightarrow 3\pi^0 – 19,5%
  • K^0_L \rightarrow \pi^+\pi^-\pi^0 – 12,5%

Regeneracja kaonów K0S[edytuj | edytuj kod]

Po rozpadzie K0S, wiązka K0 zawiera wyłącznie K0L. Jeśli taka wiązka zostanie przepuszczona przez cienką warstwę materiału, za tą warstwą w składzie wiązki znów pojawią się K0S. Jest to skutek różnych rodzajów oddziaływań K0 i K0 z materią. Proces nazywany jest regeneracją kaonów.

Złamanie symetrii CP[edytuj | edytuj kod]

Rozpady tych dwóch cząstek łamią symetrię CP (zamiana cząstka-antycząstka + inwersja przestrzenna).

Kaony naładowane[edytuj | edytuj kod]

K^{+} = u\bar{s}
K^{-} = \bar{u}s
m = 493,677 ± 0,016 MeV/c2
τ = (1,2380 ± 0,0021) 10-8 s

Rozpady[edytuj | edytuj kod]

Główne kanały rozpadu K+:

  • K^+ \rightarrow \mu^+\nu_\mu – 63,5%
  • K^+ \rightarrow \pi^+\pi^0 – 13,5%

Rozpady K- są analogiczne.

Zagadka τ-θ[edytuj | edytuj kod]

Początkowo były znane dwa dziwne dodatnio naładowane mezony, różniące się sposobem rozpadu:

  1. \theta^{+} \rightarrow \pi^{+} + \pi^0
  2. \tau^{+} \rightarrow \pi^{+} + \pi^{+} + \pi^{-}

Stany końcowe tych reakcji miały różną parzystość. Ponieważ wcześniej przyjmowano, że parzystość jest zawsze zachowana, mezony τ i θ musiałyby być różnymi cząstkami. Precyzyjne pomiary masy i czasu życia nie pokazały jednak żadnej różnicy między nimi, wydawały się identyczne. Rozwiązaniem tej zagadki okazało się złamanie parzystości w oddziaływaniach słabych. Oba mezony oddziałują słabo, więc ta reakcja nie musi wbrew początkowym oczekiwaniom zachowywać parzystości. Oba rozpady mogą więc rozpoczynać się od tej samej cząstki, którą w rezultacie nazwano K+.

Przypisy

  1. G. Rochester, C. Butler, Evidence for the existence of new stable elementary particles, Nature, Volume 160, 1947, S. 855
  2. J. Beringer et al. (Particle Data Group), Phys. Rev. D86, 010001 (2012)