Перегляд вихідного коду сторінки Каони

{{Otheruses|Каон (значення)}}

'''Каони''' або '''K-мезони'''&nbsp;— група чотирьох [[мезони|мезонів]], для яких характерне [[квантове число]] [[дивність]]. До складу каонів входить [[дивний кварк]]. Чотири каони позначаються: K<sup>-</sup>, K<sup>+</sup>, K<sup>0</sup> та {{overline|K}}<sup>0</sup>.

Дивність каонів у тому, що вони народжуються при [[сильна взаємодія|сильній взаємодії]], а розпадаються тільки через [[слабка взаємодія|слабку взаємодію]], а тому мають порівняно довгий [[період напіврозпаду|час життя]].
Два нейтральних каони народжуються парами внаслідок сильної взаємодії, але згодом за допомогою механізму, який називають [[осциляції нейтральних частинок]], перетворюються на суміш двох інших каонів: нейтрального каона з довгим часом життя і нейтрального каона з коротким часом життя. Часи життя цих двох частинок відрізняються на три порядки.

Каони відіграли значну роль у встановлені фундаментальних [[закон збереження|законів збереження]].

== Властивості ==
{| class="wikitable sortable" style="text-align: center;"
|-
! class=unsortable|Назва
! Частинка <br/>символ
! Анти- <br/> частинка <br/>символ
! class=unsortable|Складові<br/>[[кварк]]и
! [[маса спокою]] ([[електронвольт|МеВ]]/[[швидкість світла|c]]<sup>2</sup>)
! width="50"|[[Ізоспін|I]]<sup>[[G-парність|G]]</sup>
! width="50"|[[Повний кутовий момент|J]]<sup>[[Парність (фізика)|P]][[Зарядова парність|C]]</sup>
! width="50"|[[дивність|S]]
! width="50"|[[чарівність|C]]
! width="50"|[[краса (аромат)|B']]
! [[Час життя]] ([[Секунда|с]])
! class=unsortable|Зазвичай розпадається на<br/>
(>5&nbsp;% розпадів)
|-
| Заряджений <br/> каон<ref name=PDGKaon>C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s010.pdf Particle listings&nbsp;— К<sup>+</sup> та K<sup>-</sup> мезони] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170130221332/http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s010.pdf |date=30 січня 2017 }}</ref>
|align="center"| К<sup>+</sup>
|align="center"| К<sup>-</sup>
|align="center"| u{{overline|s}}
|align="center"| {{val|493.677|0.016}}
|align="center"| 1/2
|align="center"| 0<sup>&minus;</sup>
|align="center"| 1
|align="center"| 0
|align="center"| 0
|align="center"| {{val|1.2380|0.0021|e=-8}}
|align="center"| μ<sup>+</sup> + ν<sub>μ</sub> або<br/>
π<sup>+</sup> + π<sup>0</sup><br/>
π<sup>+</sup> + π<sup>+</sup> + π<sup>-</sup> або<br/>
{{nowrap|&pi;<sup>0</sup> + e<sup>+</sup> + &nu;<sub>e</sub>}}
|-
| Нейтральний каон<ref name=PDGKaon0>C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s011.pdf Particle listings&nbsp;— К<sup>0</sup> мезони] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170126034054/http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s011.pdf |date=26 січня 2017 }}</ref>
|align="center"| K<sup>0</sup>
|align="center"| {{overline|K}}<sup>0</sup>
|align="center"| d{{overline|s}}
|align="center"| {{val|497.614|0.024}}
|align="center"| {{frac|1|2}}
|align="center"| 0<sup>&minus;</sup>
|align="center"| 1
|align="center"| 0
|align="center"| 0
|align="center"| невизначений {{ref|strongforce|[a]}}
|align="center"| невизначено {{ref|strongforce|[a]}}
|-
| Короткий каон<ref name=PDGK-short>C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s012.pdf Particle listings&nbsp;— Короткий K<sup>0</sup> мезон] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170211045659/http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s012.pdf |date=11 лютого 2017 }}</ref>
|align="center"| K<sub>S</sub><sup>0</sup>
|align="center"| власна
|align="center"| <math>\mathrm{\tfrac{d\bar{s} - s\bar{d}}{\sqrt{2}}}\,</math><sup>{{ref|Kaon|[b]}}</sup>
|align="center"| {{val|497.614|0.024}}<sup>{{ref|Kaonmass|[c]}}</sup>
|align="center"| {{frac|1|2}}
|align="center"| 0<sup>&minus;</sup>
|align="center"| нв
|align="center"| 0
|align="center"| 0
|align="center"| {{val|8.953|0.005|e=-11}}
|align="center"| {{nowrap|&pi;<sup>+</sup> + &pi;<sup>-</sup> або}}<br/>
{{nowrap| &pi;<sup>0</sup> + &pi;<sup>0</sup>}}
|-
| Довгий каон<ref name=PDGK-long>C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s013.pdf Particle listings&nbsp;— Довгий K<sup>0</sup> мезон] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170130221336/http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s013.pdf |date=30 січня 2017 }}</ref>
|align="center"| K<sub>L</sub><sup>0</sup>
|align="center"| власна
|align="center"| <math>\mathrm{\tfrac{d\bar{s} + s\bar{d}}{\sqrt{2}}}\,</math><sup>{{ref|Kaon|[b]}}</sup>
|align="center"| {{val|497.614|0.024}}<sup>{{ref|Kaonmass|[c]}}</sup>
|align="center"| {{frac|1|2}}
|align="center"| 0<sup>&minus;</sup>
|align="center"| нв
|align="center"| 0
|align="center"| 0
|align="center"| {{val|5.116|0.020|e=-8}}
|align="center"| {{nowrap|&pi;<sup>+</sup> + e<sup>-</sup> + &nu;<sub>e</sub> або}}<br/>
{{nowrap|&pi;<sup>-</sup> + e<sup>+</sup> + {{overline|&nu;}}<sub>e</sub> або}}<br/>
{{nowrap|&pi;<sup>+</sup> + &mu;<sup>-</sup> + &nu;<sub>&mu;</sub> або}}<br/>
{{nowrap|&pi;<sup>-</sup> + &mu;<sup>+</sup> + {{overline|&nu;}}<sub>&mu;</sub> або}}<br/>
{{nowrap|&pi;<sup>0</sup> + &pi;<sup>0</sup> + &pi;<sup>0</sup> або}} <br/>
{{nowrap|&pi;<sup>+</sup> + &pi;<sup>0</sup> + &pi;<sup>-</sup>}}
|-
|}

<sup>[a]</sup> {{note|strongforce}} Власний стан сильної взаємодії. Час життя не визначений)

<sup>[b]</sup> {{note|Kaon}}Власний стан слабкої взаємодії. В будові пропущений малий член, який відповідає за [[порушення CP-інваріантності]].

<sup>[c]</sup> {{note|Kaonmass}} Маси короткого і довгого нейтральних каонів зазначені рівними масам нейтральних каонів. Однак, відомо, що між масами довгого і короткого каонів існує різниця порядка {{val|2.2|e=-11|u=МеВ/с}}<ref name=PDGK-long/>.

== Особливості нейтральних каонів ==
Каон K<sup>0</sup> має античастинку {{overline|K}}<sup>0</sup>. Ця частинка народжується в реакціях при участі сильної взаємодії. Однак, вона не є власним станом оператора CP-парності. Внаслідок слабкої взаємодії стани K<sup>0</sup> та {{overline|K}}<sup>0</sup> змішуються. Тобто, якщо при народженні утворюється пучок K<sup>0</sup>-каонів, то на деякій віддалі від джерела летить уже змішаний пучок K<sup>0</sup> та {{overline|K}}<sup>0</sup>.

Власними станами оператора CP-парності є стани K<sup>0</sup><sub>1</sub> та K<sup>0</sup><sub>2</sub>.
: <math> K^0_1 = \frac{K^0 - \bar{K}^0 }{\sqrt{2}} </math>.
: <math> K^0_2 = \frac{K^0 + \bar{K}^0 }{\sqrt{2}} </math>.

Стан K<sup>0</sup><sub>1</sub> має CP-парність <math> \eta_{CP} = +1 </math>, стан K<sup>0</sup><sub>2</sub> має <math> \eta_{CP} = -1 </math>. Виходячи з міркувань збереження CP-парності, K<sup>0</sup><sub>1</sub> розпадається на два піони, а K<sup>0</sup><sub>2</sub> на три піони. Розпад на два піони проходить набагато швидше, ніж розпад на три піони, тому початковий пучок K<sup>0</sup>-каонів на значній віддалі від джерела стає пучком K<sup>0</sup><sub>2</sub>-каонів, який, виходячи з міркувань збереження CP-парності, не повинен розпадатися на два піони.

Проте, як показали експерименти, пучок каонів навіть на значній віддалі від джерела, розпадається із невеликою імовірністю на два піони, що свідчить про незбереження CP-парності.

Відповідно, справжніми частинками є не власні частинки оператора CP-парності K<sup>0</sup><sub>1</sub> та K<sup>0</sup><sub>2</sub>, а інші частинки, які позначають K<sup>0</sup><sub>S</sub> та K<sup>0</sup><sub>L</sub>.

== Історія досліджень ==
Уперше каони спостерігали [[Джордж Рочестер]] та [[Кліффорд Чарлз Батлер]] в [[1947]], проводячи дослідження [[космічні промені|космічних променів]] з [[камера Вілсона|камерою Вілсона]] в [[Манчестерський університет|Манчестерському університеті]]. Вони помітили, що якась нейтральна частинка розпадається на два заряджені [[піони]], а якась заряджена частинка розпадається на заряджений піон і ще щось. Маса цих частинок була приблизно рівною половині маси [[протон]]а.

У [[1950]] дослідники з [[Калтех]]у встановили камеру Вілсона на [[гора Вілсона|горі Вілсона]] з метою дослідження космічних променів. Вони підтвердили випадки таких реакцій. Після цього експеримент повторяли в багатьох гірських лабораторіях, і до 1953 невідомі частинки отримали назву К-мезонів. Легші мезони, піони та мюони назвали L-мезонами, а все, що було важче від протона&nbsp;— [[гіперони|гіперонами]].

Розпад К-мезонів відбувався повільно, за часи порядка 10<sup>−10</sup> [[секунда|с]], тоді як утворення за часи порядка 10<sup>−23</sup> [[секунда|с]]. Для пояснення цього [[Абрагам Пайс]] постулював існування квантового числа, яке він назвав [[дивність|дивністю]]. Дивність зберігається при сильній, але не зберігається при слабій взаємодії.

В 2024 році у віці 98 років британка [[Розмарі Фаулер]] отримала визнання за своє новаторське відкриття, отриманого ще в [[1948]] році. Британська вчена здійснила прорив у фізиці частинок, виявивши частинку каон під час роботи над своєю докторською дисертацією в [[Бристольський університет|Університеті Бристоля]]. Це відкриття не лише сприяло отриманню Нобелівської премії її науковим керівником [[Сесіль Френк Павелл|Сесілом Павеллом]], але й революціонізувало розуміння субатомних частинок<ref>[https://t4.com.ua/science/brytanska-babusya-otrymala-stupin-doktora-nauk-za-vidkryttya-yake-zrobyla-u-22-roky/ Британська бабуся отримала ступінь доктора наук за відкриття, яке зробила у 22 роки. // Автор: Андрій Неволін. 23.07.2024]</ref>.

=== Порушення парності ===
Незабаром [[Тета-тау-парадокс|виявилося]], що каони розпадаються не тільки на два [[піони]], а й на три. Три піони мають інші [[парність]], ніж два, тож спочатку думали, що спостерігаються різні частинки з близькими масами. Однак, після того, як було доведено, що при слабкій взаємодії парність не зберігається, проблема вирішилася.

=== Порушення CP інваріантності ===
У 1964 [[Джеймс Кронін]] та [[Вал Фітч]] із [[Брукгейвенська національна лабораторія|Брукгейвенської національної лабораторої]] експериментально довели, що в реакціях із каонами не зберігається також комбінація парності і [[зарядова парність|зарядової парності]]. К<sub>L</sub> розпадається на два [[піони]]. За це відкриття вони були нагороджені [[Нобелівська премія з фізики|Нобелівською премією]] за 1980 рік.

=== Розпад заряджених каонів ===
В 2024 році у [[CERN]] вперше зафіксували навдивовижу рідкісний розпад зарядженого каона на піон і пару з нейтрино та антинейтрино ℬ(K+ → π+νν¯), що підтверджує передбачення [[Стандартна модель|Стандартної моделі]] фізики та може вказувати на нові фізичні явища. Статистична точність результатів досягла рівня 5&nbsp;сигм (Five Sigma), що означає надзвичайно низьку ймовірність випадкової помилки - менше за один шанс на 3,5&nbsp;млн. Результати дослідження були представлені на семінарі в CERN, який відбувся 24 вересня 2024 року<ref>[https://indico.cern.ch/event/1447422/attachments/2933457/5151932/CERNSeminar_240924_NA62_JSwallow_vP.pdf A new measurement of ℬ(K+ → π+νν¯) by the NA62 experiment. // Joel Swallow (INFN-LNF) on behalf of the NA62 collaboration. 24.09.2024]</ref>. Як відомо, каони - це нестабільні частинки з коротким часом життя близько 12&nbsp;нс, які зазвичай розпадаються на мюони та нейтрино. Однак існує надзвичайно рідкісний процес, коли каон розпадається на піон і пару з нейтрино та антинейтрино, що відбувається лише в приблизно одному випадку на кожні 10&nbsp;млрд розпадів. Спостереження цього процесу є надзвичайно складним через те, що нейтрино практично не взаємодіють з іншими частинками. Попри це, команда дослідників NA62 збирала дані протягом кількох років і вже у 2019 році оголосила про перші результати, зафіксувавши декілька випадків рідкісного розпаду, а додаткові спостереження у 2024 році дозволили підтвердити ці відкриття<ref>[https://nauka.ua/news/u-cerni-vpershe-vimiryali-ridkisnij-rozpad-elementarnoyi-chastinki-kaona У CERN вперше виміряли рідкісний розпад каона, що може вказувати на нову фізику. // Автор: Олександра Іванова. 04.10.2024]</ref>.

== Див. також ==
* [[Тета-тау-парадокс]]

== Джерела ==
* {{книга
|автор       = Фрауэнфельдер Г., Хенли Э.
|назва       = Субатомная физика 
|рік         = 1979
|видавництво = [[Мир (видавництво)|Мир]]
|місто       = {{М.}}
|сторінок    = 736
}}

== Примітки ==
{{reflist}}
{{Бібліоінформація}}
{{частинки}}
[[Категорія:Мезони]]