очарованные частицы

ОЧАРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ - семейство адронов, обладающих квантовым числом очарование .О. ч. имеют в своём составе относительно тяжёлые с-кварки с электрпч. зарядом +²/₃. Масса составляющего (конституентного) с-кварка примерно 1,5 ГэВ, так что характерная масса О. ч. ~ 2 ГэВ. Как и обычные частицы, О. ч. обладают определёнными значениями странности и изотопического спина, зависящими от их кваркового состава. К кон. 80-х гг. лучше были изучены свойства очарованных мезонов, чем барионов. Самые лёгкие очарованные мезоны распадаются только в результате слабого взаимодействия и живут относительно долго, порядка 10^-13 с. Кварковая структура известных очарованных мезонов следующая: где и, d, s- соответственно нуклонные и странный кварки (антикварки). Символы D, D_s относятся к псевдоскалярным частицам. Для векторных мезонов приняты символы D*,. Значения масс известных очарованных мезонов таковы:

m(D⁰) = (1864,6 0,6) МэВ, m(D+) = (1869,3 0,6) МэВ, m(D*⁰) = (2007,22,1) МэВ, m(D*⁺) = (2010,10,7) МэВ,

m(D_s⁺) = (1970,52,5) МэВ.

Для очарованных барионов установлено существование только = (udc)и = (usc),= (2281,2 + 3,0) МэВ, =(24604) МэВ.
В результате слабого распада с-кварка образуются преим. s-кварки. Вероятность образования нуклонных кварков подавлена как где - Кабиббо угол. Т. о., в распадах D-мезонов и-бариоиов образуются, как правило, странные частицы ,а в распадах D_S.-мезонов - частицы, в волновой ф-ции к-рых велика примесь состояния (прежде всего и-мезоны). Векторные D*-мезоны распадаются на D- и -мезоны за счёт сильного взаимодействия.
Наиб. интересный факт, касающийся слабых распадов О. ч., - существ. различие полных времён жизни D⁰- и D⁺-мезонов:

Это эксперим. наблюдение означает, что неверна т. н. спектаторная модель, согласно к-рой вероятности распадов О. ч. определяются исключительно амплитудами распада с-кварка, а присутствие нуклонного кварка в мезоне несущественно - последний играет роль
"наблюдателя", "спектратора". До появления эксперим. данных практически не было сомнения в справедливости спектаторной модели.
Времена жизни D_s-мезона и -барионов известны с худшей точностью:

Наиб. полная информация о массах и парциальных ширинах распадов очарованных мезонов была получена в экспериментах по аннигиляции пары е⁺е^- в адроны, проведённых на встречных электронно-позитронных пучках. В этих экспериментах был. в частности, открыт мезон(3770) (см. Кварконий ),к-рый распадается практически всегда на пару. Поскольку сечение рождения (3770) при резонансной энергии велико, то встречные е⁺е^--пучки являются как бы фабрикой D-мезопов.
Однако первое, правда косвенное, указание на существование О. ч. было получено при изучении взаимодействий мюонных нейтрино с нуклонами; в 1974 на ускорителе в Батейвии (США) были зарегистрированы т. н. димюонные события:

когда в конечном состоянии наблюдаются два мюона, а остальные частицы (X) не идентифицируются. Димюонные события естественно было интерпретировать как рождение О. ч., напр.

с последующим слабым лептонным распадом D-мезона. Прямое свидетельство в пользу существования О. ч. было получено в 1976 - 77 в опытах но аннигиляции е⁺е^-.
Особые трудности представляет измерение времени жизни О. ч. Для решения этой задачи была развита спец. методика. Время жизни определялось по длине пробега в фотоэмульсии. Однако для выделения редких событий рождения О. ч. поиск таких реакций проводился только в том случае, когда регистрировались продукты распада О. ч. (напр., с помощью внеш. мюонного идентификатора).
Открытие О. ч. явилось триумфом теории, в особенности кварковой модели адронов, к-рая предсказала существование новых частиц задолго до их эксперим. обнаружения. Несколько условно развитие теоретич. представлений об О. ч. можно разбить на три этапа. В 60-х гг. существование О. ч. обсуждалось как возможное, но не обязательное расширение семейства известных тогда кварков: и, d, s, с (?). В 1970 в работе Ш. Глэшоу (Sh. Glashow). Дж. Илиопулоса (J. Iliopulos), Л. Майани (L. Maiani) было показано, что должны существовать относительно лёгкие - не тяжелее неск. ГэВ - О. ч. Существование нового кварка было необходимым условием самосогласованности теории слабого взаимодействия. Поэтому предсказывались и амплитуды слабого взаимодействия с-кварка, в частности преимуществ. связь с-кварков с s-кварками.
Нет никаких сомнении в том, что исходные теоретич. представления, приведшие к предсказанию О. ч., верны. После открытия О. ч. возникла задача более детального динамич. описания свойств с-кварков и адронов, состоящих из этих кварков. Оказалось, что относительно большая величина массы очарованного кварка, как правило, позволяет значительно упростить теоретич. описание и тем самым выявить его осн. закономерности. В частности, мезоны, составленные из пары кварков наиб. просто описываются в рамках
совр. теории сильного взаимодействия - квантовой хромодинамики. Энергия связи этих мезонов оказывается чувствительной к величине т. к. вакуумного глюонного конденсата. В рамках потенциальных моделей изучение мезонов, состоящих из очарованных кварков, позволило установить вид потенциала взаимодействия между кварками (сумма членов пропорциональных r и r^-1, где r - расстояние между кварками).
В то же время сравнение теоретич. предсказаний с опытом выявило несостоятельность нек-рых динамич. представлений. Выше отмечалось, что для описания слабых распадов О. ч. оказалась непригодной спектаторная модель. Поскольку эта модель заведомо должна быть верна для достаточно тяжелых кварков, то ясно, что масса кварка, равная 1,5 ГэВ, ещё недостаточно велика, чтобы пользоваться асимптотическими по массе кварка ф-лами. Сечение рождения О. ч. в столкновениях нуклонов оказалось значительно больше, чем предсказывалось теоретически. Для объяснения этих данных возникли модели, согласно к-рым волновые ф-ции обычных нуклонов содержат значит, примесь состояний с очарованными кварками (сс). Подобные модели означают модификацию обычных представлений о нуклонах. Альтернативным объяснением является неприменимость теории возмущений к процессам рождения О. ч.
В целом после открытия О. ч. практически не осталось сомнения в реальности существования кварков.

Лит.: Вайсенберг Л. О., Определение времени жизни очаропанных частиц, "Природа", 1981, № 4, с. 74; Окунь, Л. Б., Лептоны и кварки, 2 изд., М., 1990, гл. 14.

В. И. Захаров.