奇異粒子

奇異粒子（strange particle），即所有奇異數不為零的粒子。它們的奇特性質是結伴產生，產生快、衰變慢。起初對此無法解釋，故稱奇異粒子。

1953年M.蓋耳曼西島引入新的量子數奇異數，才成功地解釋了這種奇異性質。

基本介紹

• 中文名：奇異粒子
• 外文名：strange particle
• 發現時間：1947年
• 特點：產生快，衰弱慢
• 名字由來：起初對此無法解釋

發現

1947年在宇宙射線的研究中，首先觀察到了奇異粒子，但只是在1954年加速器實驗中產生了奇異粒子之後，再經過系統研究，這類粒子的“奇異”特性才逐漸明朗。所謂奇異粒子，是指當時新發現的一大批新粒子。

在發現p介子的1947年，人們利用宇宙射線在雲室中拍下了兩張有V字形徑跡的照片，衰變產物是p±介子和質子（p）。這兩種徑跡不能用任何當時已發現的第一代粒子來解釋，於是人們很自然的想到，這一定是兩種未發現的粒子衰變所形成的。在之後的幾年裡，人們拍攝了十多萬張宇宙射線照片，終於發現了這兩種不帶電的新粒子。其中一個質量為電子質量的1000倍，被叫做“k0介子”；另一個約為電子質量的2200倍，稱為 l粒子（讀“蘭布塔”）。我們稱它們為第二代粒子，這是因為它們有兩個明顯的特點：(1) 產生快，衰變慢；(2) 成對（協同）產生，單個衰變。這些特點用過去的理論是無法解釋的，所以又稱它們為“奇異粒子”。

為了對這些奇異粒子進行定量研究，光靠宇宙射線是不夠的。50 年代初，一些大型加速器陸續建成，使人們有可能利用加速器所加速的粒子來轟擊原子核，以研究奇異粒子。

到1964年人們又陸續發現了一批奇異粒子，使人們發現的粒子種類達到了33種。這些奇異粒子統稱為“第二代粒子”。摘自量子力學書籍《見微知著》

特點

特點是：當它們由於粒子之間相互碰撞而產生時，總是一起產生，而且產生得很快，可是衰變卻各自獨立地行事，而且衰弱得很慢。簡單說來，就是它們總是協同產生、非協同衰變。1953年蓋耳曼用一個新的量子數，即奇異數來表述這一特性，並假定在強相互作用中奇異數守恆，而在弱相互作用中奇異數可以不守恆，這樣就可以對奇異粒子的特性作出恰當的解釋。

當時對最輕的奇異粒子（現在稱為K介子）的衰變過程發現了一個疑難，即所謂的“θ-τ”疑難。這個疑難在於：實驗中發現了質量、壽命和電荷都相同的兩種粒子，一個叫θ介子，另一個叫τ介子。這兩種粒子唯一的區別在於：θ介子衰變為兩個π介子，而τ介子衰變為三個π介子。分析實驗結果可以得出：三個π介子的總角動量為零，宇稱為負，而兩個π介子的總角動量如為零，則其宇稱只能為正。鑒於質量、壽命和電荷這三項相同，這兩種粒子應是同一種，但從衰變行為來看，如果宇稱應守恆，則θ和τ不可能是同一種粒子。

研究成果

李政道和楊振寧研究成果

1956年，李政道和楊振寧對歷史和現狀作了全面考察，他們指出，這一疑難的關鍵在於人們認為微觀粒子在運動過程中宇稱必須守恆，強相互作用和電磁相互作用的過程中，宇稱守恆是經過檢驗的，但在弱相互作用的過程中，宇稱並沒有得到判決性的檢驗，沒有根據說它一定守恆。

奇異粒子是一類亞原子粒子的統稱。與奇異粒子相對的是普通粒子，包括質子、中子、π介子等普通的強子和輕子。1947年羅徹斯特(G. D. Rochester)和巴特勒（C.C.Butler，1922-）在宇宙射線中發現了Λ⁰、Κ⁰、Κ⁺等一些性質奇特的粒子。1953年在加速器中又陸續發現了更多的奇異粒子。與普通粒子不同，奇異粒子總是在強相互作用中很快地、至少兩個一起同時產生，而後分別通過弱相互作用慢慢地衰變成為非奇異的粒子。

蓋耳曼等研究成果

1953年，美國物理學家蓋耳曼、日本物理學家中野董夫、西島和彥（K.Nishijima）各自獨立地提出用新的量子數——奇異數解釋奇異粒子的性質。奇異數只能去取整數，並且規定普通粒子的奇異數是0，奇異粒子的奇異數由以下反應規定：

π + p → Λ⁰+ Κ⁰

規定Κ⁰粒子的奇異數是+1，Λ⁰的奇異數是-1，然後由其它反應確定其餘粒子的奇異數。

奇異數S=+1的奇異粒子有Κ⁰、Κ⁺等。

奇異數S=-1的奇異粒子有Κ^-、Λ⁰、Σ⁺、Σ^-、Σ⁰等。

奇異數S=-2的奇異粒子有Ξ⁰、Ξ^-等。

奇異數S=-3的奇異粒子有Ω^-等。

在強相互作用中，奇異粒子協同產生，奇異數S是嚴格守恆的。奇異粒子可以分別獨立地衰變成幾個普通粒子，所需的時間比較長，是通過弱相互作用實現的。弱相互作用中，奇異數S可以不守恆，ΔS=0,±1。

如果在弱相互作用過程中，宇稱可以不守恆，則θ-τ疑難將迎刃而解。