гиперядра

ГИПЕРЯДРА - ядерноподобяые системы, состоящие из нуклонов (протонов и нейтронов) и одного или неск. гиперонов ( и др.)- . открыты экспериментально в 1953 M. Данышем (M. Danysz) и E. Пневским(J. Pniewski); в 1963 обнаружено Г., содержащее два -гиперона (двойное Г.), а в 1979 открыты .[1, 2]. Г. обозначаются символом , где А - барионныи заряд (суммарное число нуклонов и гиперонов), Z - символ элемента, соответствующего заряду Г., У - символ гиперона. Напр., - . с барионным зарядом 3 и электрич. зарядом +1; оно состоит из протона, нейтрона и -гиперона. Г. обладают ненулевой странностью S ,к-рая равна суммарной странности входящих в его состав гиперонов. Структура Г. определяется сильным взаимодействием нуклонов и гиперонов. Большинство Г. может находиться в неск. (основном и возбуждённых) состояниях с определ. значениями полного углового момента I и четности . Благодаря приближенной изотопической инвариантности барион-барионных взаимодействий гиперядерные состояния обладают изотопическим спином T.

Энергия связи. Энергией связи данного состояния Г. наз. величина

где - масса Г., - масса основного состояния ядра (нуклонного остова), - масса -гиперона. Энергии связи основных состояний однозначно идентифицированных . приведены в табл. [1, 3]. С ростом массы Г энергия связи основного состояния Г. стремится к пост. величине 30 МэВ (наступает насыщение гиперон- ядерных сил [4]).

Распады гиперядер. Г. нестабильны; различают распады, обусловленные сильным и слабым взаимодействием (слабые и сильные распады [1, 4, 5]). Наибольшие времена жизни, сравнимые со временем жизни свободного -гиперона (=2,6*10^-10 с), имеют основные состояния ., сильные распады к-рых запрещены энергетически. Слабые распады Г. происходят с изменением странности благодаря процессам: , и (N - нуклон, Q=176 МэВ), в к-рых энерговыделение Q заметно превышает энергию связи -гиперона в ядре. Слабые распады с образованием -мезонов (мезонные распады) существенны для лёгких Г.:

Для Г. с А>5 в слабых распадах доминируют безмезонные распады (т. н. безмезонные моды), продуктами к-рых являются нуклоны и ядра.

В сильных распадах Г. сохраняется странность. Их характерное время (время жизни Г.) ~10^-21 - 10^-23с. Продуктами распада являются гипероны или Г., нуклоны и ядра. Так распадаются мн. возбуждённые состояния (*) . ), основные состояния нек-рых Л-Г. , а также ., особенностью к-рых является сильный распад в результате т. н. конверсии: (Q80 МэВ). Сильно распадающиеся состояния Г. наблюдаются в разл. ядерных реакциях в виде резонансов с типичными значениями ширин от долей до десятков МэВ (рис. а, [2, 3, 5, 6]). Г., находящееся в возбуждённом состоянии, сильный распад к-рого энергетически невозможен, способно переходить в состояние с более низкой энергией, испуская -квант: . Скорость -перехода обычно на неск. порядков превышает скорость слабого распада [4]. Если-переход подавлен, возбуждённое состояние проявляется как долгоживущий изомер [1] (см. Изомерия ядерная).

Сверху спектр возбуждённых состояний гиперядра , образующихся в результате реакции при импульсе К^--мезонов р_К = 720 МэВ/с и угле вылета -мезонов =0°. Пик с =11 МэВ соответствует основному состоянию Г.

Экспериментальные методы. Г. образуются в реакциях с обменом странностью, напр. , при взаимодействии медленных гиперонов (ширина пика определяется экспериментальным разрешением) Вклад когерентных переходов нуклонов на оболочках и показан штриховой кривой. Внизу то же для гиперядра. Пик с =14 МэВ соответствует основному состоянию, пик с =8 МэВ - квазисвободному переходу, в к-ром участвует нейтрон из оболочки 1p_3/2 , а -гиперон занимает состояние . Штриховой кривой показан вклад когерентных переходов на оболочках 1p_1/2

.

с ядрами , при столкновениях частиц высокой энергии (протонов, тяжёлых ионов) с ядрами , в т. н. процессах фоторождения , в антипротон-ядерных взаимодействиях и др.

Большинство свойств Г. экспериментально установлено при изучении взаимодействия К^--мезонов с ядрами. Энергии связи и характер распада основных состояний лёгких . определены по индивидуальным событиям, зарегистрированным в ядерных фотографических эмульсиях [1]. Из гамма-спектроскопич. экспериментов известны энергии нек-рых низковозбуждённых состояний . [3]. Осн. источником информации о возбуждённых состояниях Г. является изучение реакции на пучках медленных К^--мезонов [2, 3, 4, 5].

Особенностью реакции является возможность т. н. когерентного рождения Г., происходящего с большой вероятностью в условиях безотдачной кинематики, когда импульс q, передаваемый от К^--мезона к -мезону, мал по сравнению с характерным импульсом нуклонов в ядре (фермиевским импульсом q_F250 МэВ/с). В этом случае реакция обмена странностью происходит на одном нуклоне ядра и сопровождается мин. возмущением движения остальных нуклонов. В результате образуются преим. гиперядерные состояния, отличающиеся от ядра-мишени заменой нейтрона из нек-рой оболочки на -гиперон в том же пространств. и спиновом состоянии. Поскольку все нейтроны данной оболочки дают когерентный вклад в образование подобных состояний, последние наз. когерентными или странными аналоговыми состояниями, а переходы в них - когерентными или квазиупругими (рис. 6, [2, 3, 5, 6]). С увеличением передаваемого импульса q, а также с ростом массы ядра-мишени возрастает относит. вероятность переходов в гиперядерные состояния, структура к-рых не аналогична структуре ядра-мишени (квазисвободные переходы [3, 5, 6]).

Теория гиперядер широко использует модели и методы, развитые для обычных ядер (см. Оболочечная модель ядра). Структура Г. рассматривается в рамках модели оболочек, взаимодействие гиперона с нуклонами ядра описывается с помощью эффективного гиперон-ядерного потенциала и остаточного гиперон-нуклонного взаимодействия. Экспериментально установлено, что силы притяжения в системе гиперон - ядро лишь немного уступают по интенсивности силам, действующим в обычных ядрах, но в отличие от последних слабо зависят от спинового состояния -гиперона [3, 5]. Свойства мн. состояний . (энергии связи, квантовые числа, сечения возбуждения) согласуются с моделью слабой связи, основанной на предположении, что -гиперон мало влияет на структуру нуклонного остова Г.. В нулевом приближении последняя совпадает со струк. турой одного из состояний обычного ядра . Точные энергии и волновые функции состояний Г. получаются диагонализацией остаточного взаимодействия.

Исследование Г. важно для установления связей между фундам. барион-барионными взаимодействиями и ядерной структурой и является одним из интенсивно развивающихся направлений ядерной физики.

Лит.: 1) Пневский E., Зиминска Д., Современное состояние экспериментального исследования гиперядер, в кн.: Каон-ядерное взаимодействие и гиперядра, M., 1979; 2) Dаlitz R. H., L-and S-hypernuclear physics, в кн.: Proceedings of the International Conference on nuclear physics, Berkeley, 1980, ed. by R. M. Diamond, J. O. Rasmussen, Amst.- [a. o.], 1981; 3) Povh B., Nuclear physics with hyperons, в кн.. Progress in particle and nuclear physics, ed. by D. Wilkinson, Oxf.- [a. o.], 1981; 4) Gal A., Strong interactions in L-hypernuclei, в кн.: Advances in nuclear physics, v. 8, N. Y., 1975; 5) Богданова Л. Н., Маркушин В. Е., Возбужденные состояния гиперядер, "ЭЧАЯ", 1984, т. 15, с. 808; 6) Dоvеr С. В., Wа1kеr G. E., The interaction of kaons with nucleons and nuclei, "Phys. Repts, sec. C", 1982, v. 89, p. 1.

Л. H. Богданова, В. Е. Маркушин.

   <<      Предметный указатель      >>