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
- 系
玻色子
- 组成
K+: uK0: d、sK−: 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.
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)。
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 | 1⁄2 | 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 | 1⁄2 | 0− | 1 | 0 | 0 | ||
短命K | K0S | 自身 | 497.614±0.024 | 1⁄2 | 0− | 0 | 0 | 8.953±0.005×10−11 | π+ + π− or π0 + π0 | ||
长命K | K0L | 自身 | 497.614±0.024 | 1⁄2 | 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.
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% |