• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.基本特性
  • 3.1.衰变
  • 4.奇异数
  • 5.宇称不守恒
  • 6.中性介子振荡中的CP破坏
  • 6.1.中性K介子混合
  • 6.2.CP破坏

K介子

在粒子物理学中,K介子(Kaon,标记为K))是带有奇异数这一量子数的四种介子的任一种。在夸克模型中,我们知道它们含有一个奇夸克(或其反夸克),及一个上或下夸克的反夸克(或其夸克)。

自从它们在1947年被发现之后,K介子为基础相互作用的性质提供了大量的资料。在建立粒子物理学标准模型基础的过程中,它们有着不可或缺的角色,例如强子的夸克模型及夸克混合的理论(后者于2008年被诺贝尔物理学奖肯定)。在人类对基础守恒定律的了解中,K介子也有着杰出的贡献:CP破坏(一种造成大家所见的宇宙物质-反物质失衡的现象)的发现在1980年被诺贝尔物理学奖肯定,这种现象就是在K介子系统被发现的。

基本信息

  • 自旋

    0

  • 类型

    3

  • 电荷

    K±: ±eK0: 0

  • 质量

    K± : 493.667±0.013 MeV/c K0 : 497.648±0.022 MeV/c

  • 符号

    K+, K0, K−

  • 基本相互作用

    强相互作用

  • 玻色子

  • 组成

    K+: uK0: dsK−: s

基本特性

)变成三个π介子(2 π+, 1 π−)的衰变,这过程涉及了弱与强相互作用。弱相互作用:K介子内的奇夸克()衰变成一反上夸克(),并发射一W+玻色子;随后W+玻色子衰变成一反下夸克()及一上夸克(u)。强相互作用:一上夸克(u)发射出一胶子(g),该胶子随后衰变成一下夸克(d)及一反下夸克()。" alt="图为一K介子(K+)变成三个π介子(2 π+, 1 π−)的衰变,这过程涉及了弱与强相互作用。弱相互作用:K介子内的奇夸克()衰变成一反上夸克(),并发射一W+玻色子;随后W+玻色子衰变成一反下夸克()及一上夸克(u)。强相互作用:一上夸克(u)发射出一胶子(g),该胶子随后衰变成一下夸克(d)及一反下夸克()。" src="https://pic.baike.soso.com/ugc/baikepic2/0/20180913192836-1278991978_png_300_135_9026.jpg/300" width="220" height="99" class="ed_imgfloat_right" mark="" style="">

四种K介子分别为:

  1. 1.

    带负电的K−(含有一个奇夸克及一个反上夸克),质量为493.667±0.013 MeV,平均寿命为1.2384±0.0024×10−8 s。

    其反粒子,带正电的K+(含有一个上夸克及一个反奇夸克)的质量及寿命必须等同于K−(由于CPT对称的关系)。两者质量差为0.032±0.090 MeV,跟零一致。而寿命差则为0.11±0.09×10−8 s。

    中性(不带电荷)的K0(含有一个下夸克及一个反奇夸克),其质量为497.648±0.022 MeV。其均方电荷半径为−0.076±0.01 fm2

    K0的反粒子为0 (含有一个奇夸克及一个反下夸克),两者质量一致。

从夸克模型分配可轻易看出,K介子组成两组同位旋双重态;也就是说它们属于SU(2)基础表示的2。奇异数为+1的一组包括K+及K0。而它们的反粒子组成另一组双重态(奇异数为-1)。

K介子特性

粒子名称

粒子符号

反粒子符号

内含夸克

静止质量 (MeV/c2)

I

JPC

S

C

B'

平均寿命 (s)

一般衰变产物

(>所有衰变的5%)

K介子

K+

K−

u

493.677±0.016

12

0

1

0

0

1.2380±0.0021×10−8

μ+ + νμ or

π+ + π0π+ + π+ + π− orπ0 + e+ + νe

K介子

K0

0

d

497.614±0.024

12

0

1

0

0

短命K

K0S

自身

image

497.614±0.024

12

0

0

0

8.953±0.005×10−11

π+ + π− or

π0 + π0

长命K

K0L

自身

image

497.614±0.024

12

0

0

0

5.116±0.020×10−8

π± + e∓ + νe or π± + μ∓ + νμ or

π0 + π0 + π0 or π+ + π0 + π−

^ 强本征态。没有确切的寿命。 ^ 弱本征态。构成内没有小ε的CP破坏项。 ^ K0L及K0S的质量于上表上与K0无异。然而,已知K0L及K0S的质量有异,差异的大小尺度为3.5×10−12 MeV/c2^ 由于中性粒子混合的关系,所以K0L及K0S并非奇异数的本征态。

衰变

中性K介子

尽管K0及其反粒子0经由强相互作用产生,但是它们经由弱相互作用衰变。因此,在诞生后它们较适合被视为两个有着相当不同寿命的弱本征态:

  1. 1.

    长命的K介子被称为KL(K-long,长命K),主要衰变成三个π介子,其平均寿命为5.18×10−8 s。

    短命的K介子被称为KS(K-short,短命K),主要衰变成两个π介子,其平均寿命为8.958×10−11 s。

(见下文的中性K介子混合)

虽然其他中性味的介子也有近似的混合情况,但是只有K介子的两种弱本征态被视为两种粒子,因为它们两者的寿命差异实在很大。

1964年一实验发现长命K很少会衰变成两个π介子,这正是发现CP破坏的关键之一(见下文)。

带电荷K介子

K+的主要衰变模式为:

产物

模式

分支比

μ+ νμ

轻子

63.43±0.17%

π+ π0

重子

21.13±0.14%

π+ π+ π−

重子

5.576±0.031%

π+ π0 π0

重子

1.73±0.04%

π0 e+ νe

半轻子

4.87±0.06%

奇异数