카온

Kaon
다른 용도는 Kaon(동음이의)을 참조하십시오.
코안과 혼동하지 말 것.
카온
구성.
K+
: 저희


 회사


K0
:
d

s


K−
:
s

u
통계 정보보소닉
가족중간자
상호 작용강, 약, 전자기, 중력
기호.
K+
,
K0
,
K−
반입자
K+
:
K−


K0
:
K0


K−
:
K+
발견된1947
종류들4
덩어리
K±
: 493.677±0.016MeV/c2

K0
: 497.611±0.013MeV/c2
평균 수명
K±
: (1.2380±0.0020)×10초−8

K
S: (8.954±0.004)×10초−11

K
L: (5.116±0.021)×10초−8
전하
K±
: ±1 e

K0
: 0 e
스핀0
이상함
K+
,
K0
: +1

K−
,
K0
: -1
패리티-1
kaon(
K+
)이 세 개의 파이온(2µ+
, 1µ−
)으로 붕괴하는 것은 약한 상호작용과 강한 상호작용을 모두 수반하는 과정입니다.약한 상호작용: Kaon의 이상한 반쿼크는
W 보손의+
방출에 의해 업 반쿼크(

u
)로 변환되고 W+
보손은 다운 반쿼크(d

)와 업 쿼크(
u
)로 분해됩니다.강력한 상호작용:업쿼크(
u
)는 다운쿼크
(
d)와 다운반구크(

d
)로 붕괴하는 글루온
(g)을 방출한다.

입자 물리학에서 카온(kaon, /keɪ)입니다.δn/)은 K [a]중간자라고 불리며
 K로 표기되는 4개의 중간자 군 중 하나로, 이상도라고 불리는 양자수로 구별된다.쿼크 모델에서 이들은 이상한 쿼크(또는 반쿼크)와 위 또는 아래 반쿼크(또는 쿼크)의 결합 상태로 이해됩니다.

카온은 1947년 우주선에서 발견된 이후 근본적인 상호작용의 본질에 대한 풍부한 정보의 원천으로 입증되었다.그것들은 강입자의 쿼크 모델과 쿼크 혼합 이론과 같은 입자 물리학의 표준 모델의 기초를 확립하는 데 필수적이었다.Kaons는 기본적인 보존 법칙을 이해하는 데 중요한 역할을 했습니다: 우주의 관측된 물질-반물질 비대칭을 발생시키는 현상인 CP 위반이 1964년에 Kaon 시스템에서 발견되었습니다(1980년 노벨상 수상).또한 CERN의 NA48 실험과 페르미랍의 KteV 실험에 의해 2000년대 초 카온 붕괴에서 직접 CP 위반이 발견되었습니다.

기본 속성

4개의 kaon은 다음과 같습니다.


  1. 음전하−
    (이상한 쿼크와 업 안티크 포함)인 K의 질량은 493.677±0.013 MeV이고 평균 수명은 (1.2380±0.0020)×10초이다−8.
  2. 양전하(업쿼크와 이상한 반쿼크 포함) K(위의 반입자)
    는+
    (CPT 불변성에 의해) K의−
    질량과 수명을 가져야 한다.    실험적으로 질량 차이는 0.032±0.090MeV로 0과 일치하며 수명 차이는 (0.11±0.09)이다.×10초−8, 0과도 일치합니다.
  3. 중성적으로 대전된 K(다운 쿼크와 이상한 반쿼크 포함)
    의0
    질량은 497.648±0.022MeV이다.    평균 충전 반경은 -0.076±0.012 fm입니다.
  4. K, 중성적으로 대전된 (위의 반입자) (이상한 쿼크와 아래 반쿼크를 포함한다)
    의0
    질량은 같다.

쿼크 모델에서 알 수 있듯이, kaons가 두 개의 아이소스핀을 형성하는 할당은 2라고 불리는 SU(2)의 기본 표현에 속합니다.이상도 +1의 두 배에는 K와+
K가0
포함되어 있습니다.대입자는 다른 이중입자를 형성한다(이상함 -1).

카온의 속성
파티클
이름.		 파티클
기호.		 반입자
기호.		 쿼크
내용		 휴식 질량
(MeV/c2)		 IG JPC S C B' 평균 수명 일반적으로 ~로 변질된다.
(데크의 5% 이상)
카온[1]
K+
.
K−
.
u

s
 		493.677±0.016 1/2 0− 1 0 0 (1.2380±0.0020)×10−8 μ + or
μ+
 、 + + or0
+
 、 + + or+
−
 、 + + e+
 +
ν+
0

e
카온[2]
K0
.
K0
d

s
 		497.611±0.013 1/2 0− 1 0 0 [§] [§]
K[3] 쇼트
K0
S. 		자신 [†] 497.611±0.013[‡] 1/2 0− [*] 0 0 (8.954±0.004)×10−11 [ + ]
또는+
−
0
0
 [ + ]
K롱[4]
K0
L. 		자신 [†] 497.611±0.013[‡] 1/2 0− [*] 0 0 (5.120±0.021)×10−8 + + e
e + or±
∓
 、 + + μ
μ0
 + or0
 、 + + or0
−
 、 + + or+
0
 + or +
π±
∓
kaon의 쿼크 구조(K+).

[*] 아래 기사 중간자 목록과 중성 kaon 혼합에 대한 참고 사항을 참조하십시오.
[§] ^강력한 상태.확실한 수명은 없습니다(중립 kaon 혼합 참조).
^각성 상태[†].메이크업에는 CP 위반 용어가 누락되어 있다(중립 카온 혼합 참조).
^ K와0
L0
S K의 질량은 K의0
질량과 같다[‡].그러나 K와0
L0
S K의 질량은 3.5×10−6 eV/c2 정도로 비교적 미세한 차이가 존재하는 것으로 [4]알려져 있다.

K와0
그 반입자0
 K는 보통 강한 힘에 의해 생성되지만, 약하게 부패한다.따라서, 한번 생성되면 두 개의 약한 고유 상태의 중첩으로 간주되며, 이는 수명이 크게 다르다.

  • 장수하는 중성 카온은 K("K-롱")라고
    L 불리며 주로 세 개의 파이온으로 분해되며 평균 수명은 5.18×10초입니다−8.
  • 단수명 중성 kaon은 K("K-short")라고
    S 불리며, 주로 두 개의 파이온으로 분해되며 평균 수명은 8.958−11×10초입니다.
    반키온의 쿼크 구조(K−).

(아래 중성 kaon 혼합에 대한 설명을 참조하십시오.)

1964년에 K-롱이 두 개의 파이온으로 좀처럼 붕괴되지 않는다는 실험적인 관찰이 CP 위반을 발견했습니다(아래 참조).

K의 주요+
 붕괴 모드:

중성 kaon의 쿼크 구조(K0).
결과. 모드 분기율

μ+
ν
μ 		렙토닉 63.55±0.11%

π+
π0
 		하드로닉 20.66±0.08%

π+
π+
π−
 		하드로닉 5.59±0.04%

π+
π0
π0
 		하드로닉 1.761±0.022%

π0
이+
ν
e 		반음속적인 5.07±0.04%

π0
μ+
ν
μ 		반음속적인 3.353±0.034%

K의−
붕괴 모드는 위의 전하 공역 모드입니다.

패리티 위반

충전된 이상한 중간자에 대해 두 가지 다른 붕괴가 발견되었습니다.


Θ+
 →
π+
 +
π0

τ+
 → + + + +
π+
+
−

파이온의 고유 패리티는 P = -1이며 패리티는 곱셈 양자수입니다.따라서 두 최종 상태는 패리티가 다릅니다(각각 P = +1 및 P = -1).초기 상태 역시 서로 다른 패리티를 가져야 하며, 따라서 두 개의 서로 다른 입자가 되어야 한다고 생각되었다.그러나 정밀도가 높아짐에 따라 각각 질량과 수명 사이에 차이가 발견되지 않아 같은 입자임을 알 수 있었다.이것은 ▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲이 문제는 취약한 상호작용에서 패리티 위반이 검출된 경우에만 해결되었습니다.중간자는 약한 상호작용에 의해 붕괴되기 때문에 패리티는 보존되지 않으며, 두 개의 붕괴는 실제로는 같은 [5]입자의 붕괴이며, 현재는 K라고+
불립니다.

역사

다음 항목도 참조하십시오.이상함

내부 양자수 "이상함"을 가진 강입자의 발견은 입자 물리학에서 가장 흥미로운 시대의 시작을 알립니다. 심지어 50년이 지난 지금도, 아직 결론을 찾지 못하고 있습니다... 대체로 큰 실험들에 의해, 그리고 주요한 발견들이 예기치 않게 혹은 심지어 표현된 기대들에 반하여 왔습니다.이론가들- Bigi & Sanda (2016)[6]

가상의 핵 중간자를 찾던 중, 루이스 레프랭스와 링게는 1944년에 [7][8]양전하를 띤 무거운 입자의 존재에 대한 증거를 발견했다.

1947년, G.D. 로체스터와 C.C. 맨체스터 대학의 버틀러는 우주선에 의해 유발되는 사건의 구름실 사진 두 장을 공개했는데, 하나는 중성 입자가 두 개의 전하 파이온으로 붕괴하는 것으로 보이는 것과, 하나는 전하 파이온과 중성적인 것으로 보이는 것을 보여주었다.새로운 입자의 추정 질량은 양성자 질량의 절반 정도로 매우 거칠었다.이러한 "V 입자"의 더 많은 예는 오는 데 시간이 걸렸다.

1949년 로즈마리 브라운(나중에 로즈마리 파울러)은 C.F.의 연구생이었다.파월의 브리스톨 그룹은 그녀의 'k' 자국을 발견했는데, 매우 비슷한 질량의 입자가 세 개의 [9](p82)파이온으로 분해되어 만들어졌다.이로 인해 이른바 'Tau-Theta' 문제가 발생하였습니다.동일한 입자(현재는 K라고+
함)로 보였던 것이 두 개의 다른 모드에서 부패했습니다. Theta는 두 개의 파이온(parity +1)으로, Tau는 세 개의 파이온(parity -1)[9]으로.이 퍼즐의 해답은 약한 상호작용이 패리티를 보존하지 않는 것으로 판명되었습니다.

첫 번째 돌파구는 더 많은 우주선을 노출시키기 위해 윌슨산에 구름실이 설치된 칼텍에서 얻어진 것입니다.1950년에는 30개의 충전된 "V 입자"와 4개의 중성 "V 입자"가 보고되었다.이에 영감을 받아 이후 몇 년 동안 수많은 산꼭대기를 관측했고 1953년에는 뮤온 또는 하전 파이온을 뜻하는 "L 중간자"라는 용어가 사용되었습니다. "K 중간자"는 파이온과 핵자 사이의 질량 중간 입자를 의미했습니다.

레프랭케는 핵자보다 무거운 입자를 의미하는 "하이페론"[7][8]이라는 용어를 만들었다.르프랭스-링게 입자가 [7][8]K 중간자임이+ 밝혀졌다.

붕괴는 매우 느렸다. 전형적인 수명은 10초이다−10.그러나 파이온-프로톤 반응에서의 생산은 10초의 시간−23 척도로 훨씬 더 빠르게 진행됩니다.이 불일치의 문제는 강한 상호작용에서 보존되지만 약한 상호작용에 의해 위반되는 "이상함"이라고 불리는 새로운 양자수를 가정한 에이브러햄 파이스에 의해 해결되었다.이상한 입자와 반거리 입자가 함께 "관련 생산"되어 이상한 입자가 많이 나타난다.1953년 브룩헤이븐 국립 연구소와 1955년 로렌스 버클리 연구소에서 의뢰된 새로운 싱크로트론에서는 볼 수 없었던 반응이 가능하기 때문에, 이것은 곧 곱셈 양자수가 될 수 없다는 것이 밝혀졌다.

중립 중간자 진동에서의 CP 위반

처음에는 패리티가 위반되었지만 CP(전하 패리티) 대칭은 보존된 것으로 생각되었습니다.CP 위반의 발견을 이해하기 위해서는 중성 kaon의 혼합을 이해할 필요가 있다.이 현상은 CP 위반이 필요하지 않지만 CP 위반이 처음 관찰된 맥락이다.

중성 카온 혼합

서로 다른 특이성을 갖는 두 개의 서로 다른 중성 K 중간자는 약한 상호작용을 통해 한 중간자에서 다른 중간자로 변할 수 있다. 왜냐하면 이러한 상호작용은 특이성을 보존하지 않기 때문이다.안티K의
0
 이상한 쿼크는 반대 전하의 두 개의 W-보스를 연속적으로 흡수함으로써 다운 쿼크로 변한다.안티K의
0
 다운 앤티크(down antiquark)는 그것들을 방출함으로써 이상한 앤티크(Anti-K)로 변한다.

중성 카온은 기묘함을 가지고 있기 때문에, 그들 자신의 반입자가 될 수 없습니다.그러면 두 개의 서로 다른 중성 케이온이 존재해야 하며, 두 개의 이상도에 따라 다릅니다.문제는 이 두 중간자의 존재를 어떻게 확립하느냐였다.해법은 중성 입자 진동이라고 불리는 현상을 사용했는데, 이 두 종류의 중간자가 약한 상호작용을 통해 하나의 중간자에서 다른 중간자로 변할 수 있고, 이 중간자는 파이온으로 붕괴됩니다(인접 그림 참조).

이러한 진동은 Murray Gell-Mann과 Abraham Pais에 의해 처음 조사되었다.그들은 반대되는 이상도를 가진 상태의 CP 불변 시간 진화를 고려했다.행렬 표기법에서는 쓸 수 있다.

여기서 δ는 두 가지 기본 상태 각각(시간 t = 0일 때 a와 b)에 있는 진폭으로 지정된 시스템의 양자 상태입니다.해밀턴의 대각 원소(M)는 이상함을 보존하는 강력한 상호작용 물리학에 기인한다.입자와 반입자는 약한 상호작용이 없을 때 질량이 같기 때문에 두 대각선 요소는 같아야 합니다.반대되는 이상도 입자를 혼합하는 엇대각 원소는 약한 상호작용에 기인합니다. CP 대칭은 실재해야 합니다.

행렬 H가 실재하는 결과는 두 상태의 확률이 영원히 앞뒤로 진동한다는 것입니다.그러나 CP 대칭에 의해 금지된 것처럼 행렬의 어떤 부분도 허구일 경우 조합의 일부는 시간이 지남에 따라 감소합니다.감소 부분은 한 성분(a) 또는 다른 성분(b)이거나 두 성분(b)의 혼합일 수 있습니다.

믹싱

고유 상태는 이 행렬을 대각선으로 하여 얻을 수 있습니다.이것은 새로운 고유 벡터를 제공합니다. K는 반대되는 두 상태의 합이고 K는2 차이입니다1.두 개의 고유값은 서로 반대되는 CP의 고유값입니다1. K는 CP = +1이고2 K는 CP = -1입니다. 2-pion 최종 상태에도 CP = +1이 있으므로 K만1 이러한 방식으로 붕괴할 수 있습니다.K는2 세 개의 파이온으로 붕괴되어야 한다.K의2 질량은 3개의 파이온 질량의 합보다 조금 크기 때문에, 이 붕괴는 매우 천천히 진행되며, 두 개의 파이온으로 된 K의1 붕괴보다 약 600배 더 느립니다.이 두 가지 다른 붕괴 양태는 1956년 레더맨과 그의 동료들에 의해 관찰되었고, 중성 카온들의 두 개의 약한 고유 상태(약력을 통해 붕괴된 일정한 수명을 가진 상태)의 존재를 확립했다.

이 두 가지 약한 고유 상태를 K(K-롱) 및
S K(K-쇼트)라고
L 합니다.당시 가정된 CP 대칭은 K = K1 및 K
L = K를2 의미합니다
S.

진동

주요 기사:중성 입자 진동

처음에 순수한 K의0
빔은 전파되는 동안 반입자0
 K로 변하며, 이는 원래의 입자 K 등으로0
되돌아갑니다.이것은 입자 진동이라고 불립니다.렙톤으로의 약한 붕괴를 관찰한 결과, K는0
항상 양전자로 부패하는 반면, 반입자0
 K는 전자로 부패하는 것을 발견했다.이전의 분석은 순수 K와0
그 반입자0
 K의 소스로부터의 전자와 양전자 생성 속도 사이의 관계를 나타냈다.이 반립톤 붕괴의 시간 의존성 분석은 진동 현상을 보여주었고, K와
S K
L 사이의 질량 분할을 추출할 수 있었다.이것은 약한 상호작용으로 인해 각 상태의 질량의 10배, 즉−15 δMK = M(KL) - M(KS) = 3.484(6)×10−12 MeV이다.[10]

재생

중성 Kon의 빔은 비행 중에 붕괴되어 단수명
S K가 사라지고 순수 장수
L K의 빔이 남는다.이 빔이 물질로 발사되면 K와0
그 반입자0
 K는 핵과 다르게 상호작용합니다.K는0
핵자에 의한 준탄성 산란을 거치는 반면, 그것의 반입자는 하이페론을 만들 수 있다.두 성분의 서로 다른 상호작용으로 인해 두 입자 사이의 양자 일관성이 손실됩니다.그러면 이머징 빔에는 K와0
0
K의 서로 다른 선형 중첩이 포함됩니다.이러한 중첩은 K와
S K의 혼합물이며
L, K는
S 중성 kaon 빔을 [11]통과시켜 재생됩니다.재생은 로렌스 버클리 국립 [12]연구소의 오레스테 피치오니와 그의 협력자들에 의해 관찰되었다.그 직후, 로버트 아데어와 그의 동료들은 과도한
S K 재생을 보고했고, 이는 역사의 새로운 장을 열었다.

CP 위반

프린스턴 대학의 J. Christenson, James Cronin, Val Fitch, Rene Turlay는 1964년 브룩헤이븐 [13]연구소의 Alternating Gradient Synchrotron에서 수행된 실험에서 K의
L 붕괴를 두 개의 파이온(CP = +1)으로 발견했다.이전 절에서 설명한 바와 같이, 이것은 가정된 초기 상태와 최종 상태의 CP 값이 달라야 했고, 따라서 즉시 CP 위반을 시사했다.비선형 양자역학 및 새로운 비관측 입자(하이퍼포톤)와 같은 대체 설명은 곧 배제되어 CP 위반이 유일한 가능성으로 남게 되었다.크로닌과 피치는 1980년에 이 발견으로 노벨 물리학상을 받았다.

K와
L
S K는 약한 고유 상태이지만(약한 힘에 의한 붕괴에 대한 일정한 수명을 가지고 있기 때문에) CP 고유 상태는 아닌 것으로 밝혀졌다.대신에, 작은 µ(및 정규화까지)의 경우는,


K
L = K2 + µK1

K도
S 마찬가지입니다.따라서 K는
L CP = +1인 K로1 감소하는 경우가 있으며 마찬가지로 K도 CP
S = -1인 K로 붕괴할 수 있습니다.이를 간접 CP 위반, K와0
K의 반입자 혼합에 의한 CP 위반이라고 합니다.또한 직접 CP 위반 효과도 있습니다. CP 위반은 붕괴 중에 발생합니다.혼합과 붕괴는 모두 W 보손과의 동일한 상호작용에서 발생하므로 CKM 행렬에 의해 CP 위반이 예측되기 때문이다.CERN과 페르미랍의 [14]NA48 및 KteV 실험에 의해 2000년대 초 카온 붕괴에서 직접 CP 위반이 발견되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

각주

  1. ^ 1960년대까지 양전하를 띤 카온은 두 개의 다른 입자로 여겨졌기 때문에 이전에는 called+ 또는 ,로+ 불렸다.패리티 위반을 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Zyla, P.A.; et al. (2020). "Particle listings –
    K±
    "     (PDF).
  2. ^ Zyla, P.A.; et al. (2020). "Particle listings –
    K0
    "     (PDF).
  3. ^ Zyla, P.A.; et al. (2020). "Particle listings –
    K0
    S    "     (PDF).
  4. ^ a b Zyla, P.A.; et al. (2020). "Particle listings –
    K0
    L    "     (PDF).
  5. ^ Lee, T. D.; Yang, C. N. (1 October 1956). "Question of Parity Conservation in Weak Interactions". Physical Review. 104 (1): 254. Bibcode:1956PhRv..104..254L. doi:10.1103/PhysRev.104.254. One way out of the difficulty is to assume that parity is not strictly conserved, so that
    Θ+
     and
    τ+
     are two different decay modes of the same particle, which necessarily has a single mass value and a single lifetime.
  6. ^ Bigi, I.I.; Sanda, A.I. (2016-10-06). CP Violation. Cambridge Monographs on Particle Physics, Nuclear Physics, and Cosmology. Vol. 28 (5th ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-44349-4.
  7. ^ a b c Degrange, Bernard; Fontaine, Gérard; Fleury, Patrick (2013). "Tracking Louis Leprince-Ringuet's contributions to cosmic-ray physics". Physics Today. 66 (6): 8. Bibcode:2013PhT....66f...8D. doi:10.1063/PT.3.1989. ISSN 0031-9228.
  8. ^ a b c Ravel, Olivier (2012). "Early cosmic ray research in France". In Ormes, Jonathan F. (ed.). Centenary Symposium 2012: Discovery of cosmic rays. AIP Conference Proceedings. Vol. 1516. Denver, Colorado: American Institute of Physics. pp. 67–71. Bibcode:2013AIPC.1516...67R. doi:10.1063/1.4792542. ISBN 978-0-7354-1137-1.
  9. ^ a b 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. Bibcode:1949Natur.163...82B. doi:10.1038/163082a0. S2CID 12974912.
    같은 문제에 주의해 주세요.
    Brown; et al. (1949). "Part 1". Nature. 163 (4133): 47–51. doi:10.1038/163047a0. S2CID 4097342.
  10. ^ Aoki, S.; Aoki, Y.; Bečirević, D.; Blum, T.; Colangelo, G.; Collins, S.; et al. (2020). "FLAG Review 2019". The European Physical Journal C. 80 (2): 113. arXiv:1902.08191. Bibcode:2020EPJC...80..113A. doi:10.1140/epjc/s10052-019-7354-7. S2CID 119401756.
  11. ^ Pais, A.; Piccioni, O. (1 December 1955). "Note on the Decay and Absorption of the θ⁰". Physical Review. 100 (5): 1487–1489. doi:10.1103/PhysRev.100.1487.
  12. ^ Good, R. H.; Matsen, R. P.; Muller, F.; Piccioni, O.; Powell, W. M.; White, H. S.; Fowler, W. B.; Birge, R. W. (15 November 1961). "Regeneration of Neutral K Mesons and Their Mass Difference". Physical Review. 124 (4): 1223–1239. Bibcode:1961PhRv..124.1223G. doi:10.1103/PhysRev.124.1223.
  13. ^ Christenson, J. H.; Cronin, J. W.; Fitch, V. L.; Turlay, R. (27 July 1964). "Evidence for the 2π Decay of the K20 Meson". Physical Review Letters. 13 (4): 138–140. Bibcode:1964PhRvL..13..138C. doi:10.1103/physrevlett.13.138.
  14. ^ ANZIVINO, GIUSEPPINA (2001). "Measurement of Direct Cp Violation by Na48". Multiparticle Dynamics. pp. 7–14. arXiv:hep-ph/0111393. doi:10.1142/9789812778048_0002. ISBN 978-981-02-4844-4. S2CID 15184466.

참고 문헌

외부 링크

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