bélyegkép|jobbra|300px|A JPC = 0−+ mezonnonett. bélyegkép|jobbra|300px|A JPC = 0−+ mezonnonett. bélyegkép|jobbra|300px|A JPC = 1−− mezonnonett. bélyegkép|jobbra|300px|A JPC = 1−− mezonnonett.

A részecskefizikában a kaon az összefoglaló neve négy mezonnak, a két töltött és két semleges K-mezonnak: K+, K−, KS és KL. Utóbbi kettő a határozott tömegállapotban levő két semleges K-mezon.

A kaonok felfedezése

V-részecskék

Patrick Blackett manchesteri csoportjának tagjaiként 1946–47-ben Clifford Charles Butler és George Rochester kozmikus sugárzás hatását vizsgálták ólomtömb céltárgyra ejtve. A keletkező részecskéket mágneses térbe helyezett ködkamrával figyelték meg. 1946. október 15-én egy különös fordított V alakú nyomot láttak, amelyet egy semleges részecskének két töltött részecskére való bomlásaként interpretáltak. 1947 májusában láttak még egyet, amelyik viszont egy töltött részecske bomlásának tűnt. A két fényképet 1947-ben publikálták. A berendezést ezután áthelyezték Manchesterből a francia Pireneusokba, a Pic du Midi-in levő obszervatóriumba, hogy növeljék a kozmikus sugárzás intenzitását. Végül az újfajta különös részecskéknek két csoportját sikerült elkülöníteni. Később kapott nevükön az egyiket a kaonok vagy K-mezonok, a másikat a hiperonok alkották. Különösségük abban állt, hogy a magfizikai időskálán szokatlanul hosszú élettartamúak voltak, ezért szabad szemmel látható hosszúságú repülés után bomlottak csak el. Élettartamuk 10−10 nagyságrendű volt, miközben keltési gyakoriságuk alapján ezt 10−23 nagyságrendűnek várták volna.

A τ–Θ-probléma, paritássértés

Az eddig megtalált két új mezon kezdetben a Θ0 és τ+ nevet viselte. Utóbbi nem tévesztendő össze a mai τ-lepton nevével. A megfigyelt bomlási módjuk a következő volt:

Hamarosan számos új részecskét és bomlási módot fedeztek fel, s az új mezonok sora már így nézett ki: τ+, τ'+, κ+, θ0, χ+. 1953 júliusában a franciaországi Bagneres-de-Bigorre-ban tartott nemzetközi kozmikus sugárzási konferencián elhatározták, hogy valamennyit K-mezonnak fogják hívni és nevükben jelölni fogják a töltésüket, és bomlási módjukat a következő formában:

(például a fenti két részecske: és )

ahol Q az elektromos töltésszám, ν a bomlástermékek száma, ξ pedig a típusa. Ennyi új részecske sem volt azonban. A τ+ és Θ+ csak annyiban különböztek egymástól, hogy az előbbi bomlástermékeinek (-1)(-1)J volt a paritása, míg az utóbbiénak (-1)J, ahol J a bomló részecske spinje. Két megoldás lehetséges. Vagy a két részecske paritása különböző, vagy a paritás nem marad meg ezen bomlás során. Az utóbbi sokak számára elképzelhetetlen volt, ellenkezett a klasszikus fizika tapasztalatával, de végül Lee és Yang 1956-ban ezt a megoldást javasolták, 1957-ben pedig Wu a kobalt magok bomlása során explicit módon be is bizonyította a paritássértést. A τ+ és Θ+ részecske tehát ugyanannak a részecskének, az ezentúl K+-nak nevezett részecskének bizonyult.

A kaonok ritkasága és izospinje

1952-től a kozmikus sugárzás mellett majd helyett szinkrotronokkal vizsgálták az új részecskék keletkezését, az első ilyen részecskegyorsítók a Brookhaveni Nemzeti Laboratórium Cosmotronja és a Berkely Bevatronja voltak. Abraham Pais 1952-ben megjósolta a ritkaságot, egy új töltésjellegű mennyiséget, amely az erős kölcsönhatásban megmarad, de sérül a gyenge kölcsönhatásban. Ez magyarázta az új részecskék különös viselkedését, nagy keltési, de kicsi bomlási hatáskeresztmetszetét. Az erős kölcsönhatásban keletkeztek párban, de azután bomlani csak gyenge kölcsönhatással tudtak.

Keltési tulajdonságaik alapján a kaonokat két izodublettbe lehetett besorolni:

és

A keltési módjaikból:

ahol az erős kölcsönhatás miatt az izospin megmarad, világos, hogy a K-mezonok izospinje nem lehet egész., mivel a Λ barion izoszingulett.

A megfigyelhető semleges kaonok és a CP-szimmetria

A semleges K-mezon és antirészecskéje egyaránt tud bomlani mindkét kétpionos végállapotra, ezért Enrico Fermi kérdezte, hogyan lehet őket megkülönböztetni.

Pais és Gell-Mann álltak elő az ötlettel, hogy a két semleges K-mezon keveredik:

Ezek a CP-tükrözés sajátállapotai +1 illetve −1 sajátértékkel, és mint kiderült, a gyenge kölcsönhatásnak ezek a sajátállapotai, ezek rendelkeznek a gyenge bomlásban határozott élettartammal. A KS élettartama ~10−10s (S: short „rövid”) a KL-é ~10−8s (L: long „hosszú”).

Alapvető tulajdonságaik

Részecske Jel Anti-részecske Kvarkösszetétel  I (JP) N2S+1LJ  Nyugalmi tömegMeV/c²  S   C   B   T  közepes élettartamτ(s) / (cτ) teljes szélesség (MeV) bomlási mód elágazási arány töltöttkaon ½ (0−) 11S0 493.7 +1 0 0 0 1.238×10−8 (3.712 m) 0.6355 0.2066 0.0559 0.0507 0.0335 0.0176 semlegeskaon ½ (0−) 11S0 497.6 +1 0 0 0 – ld. KS és KL semlegeskaon ½ (0−) 11S0 <center> 497.6 <center> −1 0 0 0 – ld. KS és KL töltöttkaon ½ (0−) 11S0 493.7 −1 0 0 0 1.238×10−8 (3.712 m) 0.6355 0.2066 0.0559 0.0507 0.0335 0.0176 K-short – ½ (0−) 11S0 497.6 – 0 0 0 0.895×10−10 (2.68 cm) 0.692 0.307 K-long – ½ (0−) 11S0 497.6 – 0 0 0 5.12×10−8 (15.34 m) 0.406 0.270 0.195 0.125 K*(892) ½ (1−) 1³S1 891.7 +1 0 0 0 51 ~1 K*(892) ½ (1−) 1³S1 895.2 +1 0 0 0 47.4 ~1 K*(892) ½ (1−) 1³S1 895.2 −1 0 0 0 47.4 ~1 K*(892) ½ (1−) 1³S1 891.7 −1 0 0 0 51 ~1

Jegyzetek

Források

További információk

Kategória:Mezonok