Μετάβαση στο περιεχόμενο

Καόνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Στη σωματιδιακή φυσική, ένα καόνιο, που ονομάζεται επίσης μεσόνιο Κ και συμβολίζεται με Κ,[α] είναι οποιοδήποτε από μια ομάδα τεσσάρων μεσονίων που διακρίνονται από έναν κβαντικό αριθμό που ονομάζεται παραδοξότητα. Στο μοντέλο των κουάρκ, νοούνται ως δεσμευμένες καταστάσεις ενός παράξενου κουάρκ (ή αντικουάρκ) και ενός ανοδικού ή καθοδικού αντικουάρκ (ή κουάρκ).

Τα καόνια έχουν παράσχει άφθονες πληροφορίες σχετικά με τη φύση των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων από την ανακάλυψή τους από τους Τζορτζ Ρότσεστερ και Κλίφορντ Μπάτλερ στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ στις κοσμικές ακτίνες το 1947. Ήταν απαραίτητα για την καθιέρωση των θεμελίων του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής, όπως το μοντέλο των κουάρκ των αδρονίων και η θεωρία της ανάμειξης κουάρκ (η τελευταία αναγνωρίστηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2008). Τα καόνια έχουν διαδραματίσει εξέχοντα ρόλο στην κατανόηση των θεμελιωδών νόμων διατήρησης. Η παραβίαση της συμμετρίας της ομοτιμίας σύζευξης φορτίου (CP), μια απαίτηση σε οποιαδήποτε θεωρία για την εξήγηση της παρατηρούμενης ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης του σύμπαντος, ανακαλύφθηκε στο σύστημα καονίων το 1964 (κάτι που αναγνωρίστηκε με βραβείο Νόμπελ το 1980). Επιπλέον, ανακαλύφθηκε άμεση παραβίαση CP στις διασπάσεις καονίων στις αρχές της δεκαετίας του 2000 από το πείραμα NA48 στο CERN και το πείραμα KTeV στο Fermilab.

Βασικές ιδιότητες

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα τέσσερα καόνια είναι:

  1. Κ−, αρνητικά φορτισμένο (που περιέχει ένα παράξενο κουάρκ και ένα άνω αντικουάρκ) έχει μάζα 493.677±0.013 MeV/c² και μέσο χρόνο ημιζωής 1.2380±0.0020 × 10-8 s.
  2. K+ (αντισωματίδιο του παραπάνω) θετικά φορτισμένο (που περιέχει ένα άνω κουάρκ και ένα παράξενο αντικουάρκ) πρέπει (με βάση την μη-διακύμανση CPT ) να έχει μάζα και χρόνο ζωής ίσο με αυτόν του Κ-. Πειραματικά, η διαφορά μάζας είναι 0.032±0.090 MeV/c², σύμφωνο με το μηδέν· η διαφορά στους χρόνους ζωής είναι 0.11±0.09 × 10-8, επίσης σύμφωνο με το μηδέν.
  3. Κ0, ουδέτερα φορτισμένο (που περιέχει ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο αντικουάρκ) έχει μάζα 497.648±0.022 MeV/c². Έχει μέση τετραγωνική ακτίνα φορτίου −0.076±0.01 fm².
  4. Κ0, ουδέτερα φορτισμένο (αντισωματίδιο του παραπάνω) (που περιέχει ένα παράξενο κουάρκ και ένα κάτω αντικουάρκ) έχει την ίδια μάζα.

Παραβίαση ομοτιμίας

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Δύο διαφορετικές διασπάσεις βρέθηκαν για φορτισμένα παράξενα μεσόνια σε πιόνια:

Διάσπαση θ + → π + + π 0
Ομοτιμία +1 = −1 × −1
Διάσπαση τ + → π + + π + + π −
Ομοτιμία −1 = −1 × −1 × −1

Η εγγενής ομοτιμία του πιονίου είναι P = −1 (αφού το πιόνιο είναι μια δεσμευμένη κατάσταση ενός κουάρκ και ενός αντικουάρκ, τα οποία έχουν αντίθετες ομοτιμίες, με μηδενική στροφορμή), και η ομοτιμία είναι ένας πολλαπλασιαστικός κβαντικός αριθμός. Επομένως, υποθέτοντας ότι το γονικό σωματίδιο έχει μηδενικό σπιν, οι τελικές καταστάσεις δύο πιονίων και τριών πιονίων έχουν διαφορετικές ισοτιμίες (P = +1 και Π = −1, αντίστοιχα). Θεωρούνταν ότι οι αρχικές καταστάσεις θα έπρεπε επίσης να έχουν διαφορετικές ομοτιμίες και επομένως να είναι δύο διακριτά σωματίδια. Ωστόσο, με ολοένα και πιο ακριβείς μετρήσεις, δεν βρέθηκε καμία διαφορά μεταξύ των μαζών και των χρόνων ζωής καθενός, αντίστοιχα, γεγονός που υποδηλώνει ότι πρόκειται για το ίδιο σωματίδιο. Αυτό ήταν γνωστό ως ο γρίφος θήτα-ταυ (γράφεται επίσης ως γρύφος θ−τ).[1] Λύθηκε μόνο με την ανακάλυψη της παραβίασης ομοτιμίας στην ασθενή αλληλεπίδραση (με σημαντικότερο το πείραμα Wu). Δεδομένου ότι τα μεσόνια διασπώνται μέσω ασθενών αλληλεπιδράσεων, η ομοτιμία δεν διατηρείται και οι δύο διασπάσεις είναι στην πραγματικότητα διασπάσεις του ίδιου σωματιδίου,[2] που τώρα ονομάζεται Κ+.

Ιστορία

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ενώ έψαχνε για το υποθετικό πυρηνικό μεσόνιο, ο Λουί Λεπρένς-Ρινγκέ βρήκε στοιχεία για την ύπαρξη ενός θετικά φορτισμένου βαρύτερου σωματιδίου το 1944.[3]

Το 1947, οι Τζορτζ Ρότσεστερ και Κλίφορντ Τσαρλς Μπάτλερ του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ δημοσίευσαν δύο φωτογραφίες από θαλάμους νεφών με γεγονότα που προκαλούνται από κοσμικές ακτίνες, η μία έδειχνε κάτι που φαινόταν να είναι ένα ουδέτερο σωματίδιο που διασπάται σε δύο φορτισμένα πιόνια, και μία που φαινόταν να είναι ένα φορτισμένο σωματίδιο που διασπάται σε ένα φορτισμένο πιόνιο και κάτι ουδέτερο. Η εκτιμώμενη μάζα των νέων σωματιδίων ήταν πολύ χονδρικά περίπου η μισή μάζα ενός πρωτονίου. Περισσότερα παραδείγματα αυτών των σωματιδίων V αργούσαν να εμφανιστούν.

Το 1949, η Ρόζμαρι Μπράουν (αργότερα Ρόζμαρι Φόουλερ), ερευνήτρια φοιτήτρια του Σέσιλ Πάουελ στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, εντόπισε την τροχιά k που σχηματίστηκε από ένα σωματίδιο πολύ παρόμοιας μάζας που διασπάστηκε σε τρία πιόνια.[4][5]

Αυτό οδήγησε στο λεγόμενο γρίφο ταυ-θήτα:[6] αυτό που φαινόταν να είναι το ίδιο σωματίδιο (τώρα ονομάζεται Κ+) διασπάστηκε με δύο διαφορετικούς τρόπους, θ σε δύο πιόνια (ομοτιμία +1), τ σε τρία πιόνια (ομοτιμία −1).[5] Η λύση σε αυτό το αίνιγμα ήταν ότι οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις δεν διατηρούν την ομοτιμία.[2]

Σημειώσεις

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  1. ↑ Μέχρι τη δεκαετία του 1960 το θετικά φορτισμένο καόνιο επισήμως ονομαζόταν τ+ ή θ+, καθώς θεωρούταν ότι ήταν διαφορετικό σωματίδιο.

Παραπομπές

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  1. ↑ Laymon, Ronald· Franklin, Allan (2022). Case Studies in Experimental Physics (στα Αγγλικά). Cham: Springer International Publishing. σελίδες 75–91. ISBN 978-3-031-12607-9.
  2. 1 2 Lee, T. D.; Yang, C. N. (1 October 1956). «Question of Parity Conservation in Weak Interactions». Physical Review 104: 254. doi:10.1103/PhysRev.104.254. Bibcode: 1956PhRv..104..254L. «One way out of the difficulty is to assume that parity is not strictly conserved, so that Πρότυπο:SubatomicParticle and Πρότυπο:SubatomicParticle are two different decay modes of the same particle, which necessarily has a single mass value and a single lifetime.».
  3. ↑ Degrange, Bernard; Fontaine, Gérard; Fleury, Patrick (2013). «Tracking Louis Leprince-Ringuet's contributions to cosmic-ray physics». Physics Today 66 (6): 8. doi:10.1063/PT.3.1989. ISSN 0031-9228. Bibcode: 2013PhT....66f...8D. http://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.1989.
  4. ↑ «Physicist pioneer, 98, honoured 75 years after discovery». BBC News (στα Αγγλικά). 23 Ιουλίου 2024. Ανακτήθηκε στις 23 Ιουλίου 2024.
  5. 1 2 Brown, R.; Camerini, U.; Fowler, P.H.; Muirhead, H.; Powell, C.F.; Ritson, D.M. (1949). «Part 2: Observations with electron-sensitive plates exposed to cosmic radiation». Nature 163 (4133): 82–87. doi:10.1038/163082a0. Bibcode: 1949Natur.163...82B. https://archive.org/details/sim_nature-uk_1949-01-15_163_4133/page/82. Note same issue: Brown (1949). «Part 1». Nature 163 (4133): 47–51. doi:10.1038/163047a0.
  6. ↑ Sheehy, Suzie (2024-01-15). «How a forgotten physicist's discovery broke the symmetry of the Universe» (στα αγγλικά). Nature 625 (7995): 448–449. doi:10.1038/d41586-024-00109-5. PMID 38225463. Bibcode: 2024Natur.625..448S. https://www.nature.com/articles/d41586-024-00109-5. Ανακτήθηκε στις 23 July 2024.
Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Καόνιο&oldid=11855014"