Przeglądając tablice cząstek zwanych elementarnymi zauważamy, że w wielu przypadkach można wyróżnić
grupy cząstek o zbliżonych własnościach. Przykładami mogą być dwa
nukleony lub trzy mezony .
W innych przypadkach cząstka wydaje się być sama pojedynczą "grupą"
, np. hiperon
.
Każda grupa cząstek (multiplet izospinowy) ma przypisaną wartość
izospinu T. Liczba cząstek w danym multiplecie wynosi 2T+1.
Poszczególne cząstki multipletu mają określone wartości trzeciej składowej
izospinu Tz. Na przykład dla dubletu nukleonów
(proton, neutron) mamy: T=1/2, bo (2*1/2+1)=2. Proton
ma trzecią składową równą Tz=+1/2, a neutron Tz=-1/2.
Dla wprawy zapiszemy jeszcze to samo dla trypletu mezonów :
izospin pionów wynosi: T=1, a trzecia składowa Tz
jest równa: +1, 0, -1 odpowiednio dla :
.
Izospin i jego trzecia składowa zachowywane są w oddziaływaniach silnych. W oddziaływaniach elektromagnetycznych zachowywana jest jedynie trzecia składowa izospinu, a w oddziaływaniach słabych izospin może sie zmieniać. Wprowadzenie pojęcia izospinu umożliwiło podział cząstek na multiplety izospinowe, co przyczyniło się w szczególności do zrozumienia własności cząstek dziwnych.
W początkach lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku odkryto w promieniowaniu kosmicznym cząstki, które zachowały się bardzo dziwnie. Znaleziono je również wśród cząstek produkowanych w zderzeniach realizowanych z użyciem akceleratorów. Cząstki te rozpadały się po czasie rzędu 10-10 -10-8 sekundy. Z pomiarów wynikało, że rodzą się w oddziaływaniach silnych, ale żyją stanowczo "za długo" w porównaniu z charakterystycznym czasem dla oddziaływań silnych tj. rzędu 10-23 sekundy. Zauważono też, że jeśli w zderzeniu dochodzi do produkcji cząstki dziwnej, to zawsze produkowana jest także druga cząstka dziwna. Nazwano to "stowarzyszoną produkcją". Nie dawało się wyprodukować pojedynczej cząstki dziwnej.Jeśli uważamy, że coś powinno zachodzić, a nie zachodzi - to znaczy, że istnieje jakaś przyczyna zabraniająca, której nie znamy. Aby określić prawo zabraniające produkcji pojedynczych cząstek dziwnych oraz wytłumaczyć ich stosunkowo długi czas życia została wprowadzona przez M. Gell-Mann'a i K. Nishijimę nowa liczba kwantowa zwana dziwnością (strangeness). Liczba ta przypisywana jest wszystkim cząstkom uczestniczącym w oddziaływaniach silnych i jest zachowywana w tych oddziaływaniach. Przykładem stowarzyszonej produkcji cząstek dziwnych jest reakcja
![]() |
(15.2.1) |
W stanie początkowym tej reakcji dziwność układu wynosi zero. Wynika stąd,
że dziwności wyprodukowanych cząstek mają te same wartości, ale przeciwne
znaki. Dziwność mezonu
wynosi +1, a dziwność hiperonu
równa jest -1.
Z kolei hiperon rozpada
się zgodnie ze schematem
![]() |
(15.2.2) |
Dziwności wyprodukowanych cząstek równe są zeru. W rozpadzie tym dziwność nie jest zachowana. Rozpad taki nie może wiec zachodzić poprzez oddziaływania silne. Zachodzi poprzez oddziaływania słabe z dużo dłuższym czasem rozpadu.
Inne schematy rozpadów cząstek dziwnych podane są w tablicach cząstek.
Wprowadzenie dziwności umożliwiło klasyfikację cząstek dziwnych i wytłumaczenie
ich własności. Obserwując procesy stowarzyszonej produkcji i przypisując
określonym cząstkom określone wartości dziwności można było przewidzieć
jakie kombinacje cząstek mogą się wspólnie produkować, a jakie nie. Umożliwiło
to przewidzenie istnienia nowych cząstek, które później zostały
rzeczywiście wykryte, na przykład hiperony:
i
.