通过消化炉强相互作用的
约为10倍. 部分守恒的奇异数 1953年,美国物理学家盖耳-曼(Mur rrayGel ll-Mann)和日本物理学家中野 董夫、西岛和彦彼此独立地提出奇异粒子的这些特性可以用客观上存在一种新 的守恒量子数来概括.这种新守恒量子数称为奇异数S,它只能取整数值.过 去熟知的普通粒子的奇异数都定为零.奇异粒子的奇异数不为零. 消化炉在强相互作用和电磁相互作用过程中,奇异数守恒.在弱相互作用过程 中,奇异数可以不守恒,也就是说,在弱相互作用过程中奇异数可以不改变,
也可以改变1.奇异粒子的产生是普通粒子碰撞来实现的, 碰撞的整个过程时间很短.强相互作用过程中奇异数守恒决定了末态中奇异粒 子必须协同产生,这样才有可能使产生的奇异粒子的奇异数互相抵消.奇异粒 子的衰变是通过弱相互作用实现的过程.因为相互作用很弱,所以衰变需要的 1 3第六章 粒子世界 0 时间较长,但不再要求奇异数守恒了,这样每一个奇异粒子可以分别独立地衰 变成几个普通粒子. 因此奇异粒子 “奇异”性质的来源在于奇异数S的近似守恒性质:对于 强相互作用和电磁相互作用过程,ΔS=0;对于弱相互作用过程,|ΔS|=0,1. 各种粒子奇异数S的值是根据奇异数守恒的要求以及实验结果分析所赋予的. 从这两方面的要求来说,各种粒子的奇异数S的值并没有完全确定下来. 如果把已经确定的各种粒子奇异数S的值都乘一共同常数值作为新定义的奇异 数S的值,则奇异数守恒的要求仍然能够满足.如果把各粒子的S值再加一个 强相互作用过程中守恒的相加性守恒量作为新定义的守恒量,奇异数守恒的要 求亦仍然能满足.为了避免这些不确定性带来的任意性,粒子物理学家实际上 采取了自然的约定,即以最初确定的几个奇异粒子的奇异数的值为标准来确定 其它粒子的奇异数的值. 盖耳-曼-西岛关系
盖耳-曼和西岛和彦提出强子的电荷Q、同位旋沿 “第三方向”(注意这 是指抽象的同位旋空间而言)的投影I、重子数b和奇异数S有以下关系: 3 Q=I+ 1(b+S). 3 2 称为盖耳-曼-西岛关系.以后的实验充分证明这个关系的普遍性,这个关系 在20世纪60年代强子对称性研究及强子分类理论的探索中是一个重要的基本 关系式. 盖耳-曼-西岛关系中的重子数b和奇异数S总是相加在一起出现,在 20世纪60年代时人们又引入超荷Y=b+S来代替奇异数. Y Q=I+ 2. 3 引入奇异数很好地解释了奇异粒子的特性.以前,粒子物理学所认识到的 守恒量除了能量、动量、角动量、电荷外,按加法计算的守恒量只有同位旋的 第三分量.同位旋的概念和粒子的电荷有一定的联系,在一个同位旋多重态 中,同位旋第三分量取不同值的粒子电荷不同.奇异数完全是根据实验中发现 的规律独立地总结出来的客观存在的守恒量. 奇异量子数的下述两个特点对粒子物理学的发展是有启示意义的: (1)它是一个 “近似”守恒的相加性守恒量,在强相互作用和电磁相互 作用下严格守恒,在弱相互作用下可以不守恒.
(2)与电荷不同,奇异数本身不是某种相互作用的 “荷”,奇异数不代表 某种相互作用的作用强度,因此它的确定只能通过实验的分析总结,不能像电 §6.12 粒子的分类 1 31 荷那样通过它所体现的相互作用性质的动力效应来测定. 奇异数的存在和被认识给人们以启示:粒子物理中丰富多彩的内容的表现 之一就是自然界中客观上还可能存在其它一些反映粒子内部性质的量子数,它 们有可能是 “近似”守恒量,有可能并不是某种相互作用的 “荷”. 1974年以后发现了粲数C.1977年以后发现了底数B.1995年发现了顶 数T.它们都是属于类似于奇异数的这类近似守恒量子数.也就是对于弱相互 作用过程:|ΔC|=0或1,|ΔB|=0或1,|ΔT|=0或1.考虑到强子物理的这 些发展,盖耳-曼-西岛关系已经推广为 1 Q=I+ 2(b+S+C+B+T). 3 §6.12 粒子的分类 现在已经发现的可以自由状态存在的粒子,按它们参与相互作用的性质分 为以下几类: (1)规范玻色子:各种相互作用的媒介粒子 已经发现的可以自由状态存在的规范玻色子有4种:一种是电磁相互作用 的媒介粒子,即光子 γ;另外三种是弱相互作用的媒介粒子,即带电荷的 -0 W+、W粒子以及不带电的Z粒子.这4种粒子的自