s122强子及其共振态 强子:重子B≠0 介子B=0 1.π介子的性质 介子是自旋为整数的强子。最早认识的介子是兀介子, 它是介子家族中最轻的一种。 从第四章我们知道,π介子最初是作为相互作用的场粒 子提出来的,并于1947年在宇宙线实验中发现。随后,同步 回旋加速器的能量超过了π介子产生阈,大量的介子被探测 到,从而可以详细的研究它的性质
§12.2 强子及其共振态 强子：重子 B≠0 介子 B=0 1．π介子的性质 介子是自旋为整数的强子。最早认识的介子是π介子， 它是介子家族中最轻的一种。 从第四章我们知道，π介子最初是作为相互作用的场粒 子提出来的，并于1947年在宇宙线实验中发现。随后，同步 回旋加速器的能量超过了π介子产生阈，大量的介子被探测 到，从而可以详细的研究它的性质
(1)π介子的电荷。实验证明,π介子有三种,分别带电荷 +e、0和-e,被称为π+、π0和π,π+和π互为反粒子,而π 的反粒子就是它本身。 (2)π介子的同位旋。由于π介子的电荷态有三种,与核子 的情形相比较,可以给出π介子的同位旋为T=1,它的投影 T=+1、0和—1分别对应于π、π和π。这些同位旋量子数 的合理性在涉及π介子的反应与衰变中得到证实。 (3)π介子的质量。π介子的质量被多种方法测量过,目前 最好的结果是: m:=139.56995±0.00035MeV m0=134.9764±0.0006MeV 带电的和中性的π介子质量之差归因于电磁相互作用。这 个质量差也可能是造成m、m和pp散射截面差别的原因
（1）π介子的电荷。实验证明，π介子有三种，分别带电荷 +e、0和-e，被称为π+、π0和π -，π+和π -互为反粒子，而π0 的反粒子就是它本身。 （2）π介子的同位旋。由于π介子的电荷态有三种，与核子 的情形相比较，可以给出π介子的同位旋为T=1, 它的投影 T3=+1、0 和—1分别对应于π+、π0和π -。这些同位旋量子数 的合理性在涉及π介子的反应与衰变中得到证实。 （3）π介子的质量。π介子的质量被多种方法测量过，目前 最好的结果是： MeV0006.09764.134 MeV00035.056995.139 0 π π = ± ± = ± m m 带电的和中性的π介子质量之差归因于电磁相互作用。这 个质量差也可能是造成nn、np和pp散射截面差别的原因
(4)自旋和宇称。从到yγy的衰变或从阈能下核子核子碰 撞中的产生,比如,容易判定m介子的自旋是整数。π自旋 的具体数值,可以通过比较反应和它的逆反应的截面来确 定。按照细致平衡原理,这两个反应的截面的差别仅仅在于 统计因子和动力学因子,即: o(p→dm)_g(pp→>dm)k2_(2S+1(2s+1)k23(2s+1)k2 od→>ppg→>Pp24(2s+12k2k (122-1) 式中g是统计因子,分母中还考虑了全同粒子的影响。从 实验测得的截面值,可以推出s=0,这一结果在很宽的能 区都成立。对于中性的丌粒子,也可以从2y衰变中导出 0
（4）自旋和宇称。从π0到γγ的衰变或从阈能下核子-核子碰 撞中π的产生，比如，容易判定π介子的自旋是整数。π自旋 的具体数值，可以通过比较反应和它的逆反应的截面来确 定。按照细致平衡原理，这两个反应的截面的差别仅仅在于 统计因子和动力学因子，即： )12.12( 2 )12(3 )12( 21 )12)(12( d( π )pp dpp( π) d( π )pp dpp( π) 2p2ππ 2p2π 2 p π d 22 − + = + ++ = →→ = →→ kks kk s ss kk gg pπ σσ 式中g是统计因子，分母中还考虑了全同粒子的影响。从 实验测得的截面值，可以推出sπ=0，这一结果在很宽的能 区都成立。对于中性的π0粒子，也可以从2γ衰变中导出 sπ=0
兀介子的内秉宇称可由低能(S波)俘获反应推出。这个 反应初、末态的宇称分别是 ,=xnz4(-1)4=z (12.2-2) f - n 兀n(-1) (12.2-3) 7n=(-1)(122-4) 为了确定的奇偶性,需要用到角动量守恒。初态的总 角动量 J.=S+S,+1 (12.2-5) 已知sn=0,1=0和s=1,显然/=1。末态的总角动量 s.+S+ (122-6)
π介子的内秉宇称可由低能（S波）俘获反应推出。这个 反应初、末态的宇称分别是 )1( =−= − )22.12( π ππππ π il i d )32.12()1( nnf −⋅= − f l πππ )42.12()1( π −= − f l π 为了确定lf的奇偶性，需要用到角动量守恒。初态的总 角动量 )52.12( i = π + d + lssJ i − 已知sπ=0, li=0和sd=1，显然JI=1。末态的总角动量 )62.12( fnnf 1 2 = + + lssJ −
由于中子是自旋1/2粒子,它的总波函数相对于中子 的交换必须是反对称的,即如果自旋部分是对称的Sn1+Sn2=1) ,则空间部分必须是反对称的(l=奇数);反过来,如果 自旋部分是反对称的+S=0,则空间部分必须是对 称的(≠偶数)。后一种情况是不可能的,因为总角动量 守恒要求。所以,只能取l=奇数,从而由(122-4)式得 兀=-1。用类似的方法可以求得兀和兀0的宇称为负。 (5)π介子的衰变。π介子是最轻的强子,因此不可能由强作 用衰变到其他强子,而只能通过更缓慢得多的电磁或弱过程 衰变。 兀的主要衰变道是:
由于中子是自旋1/2粒子，它的总波函数相对于中子 的交换必须是反对称的，即如果自旋部分是对称的 ，则空间部分必须是反对称的（lf=奇数）；反过来，如果 自旋部分是反对称的（ ），则空间部分必须是对 称的（lf=偶数）。后一种情况是不可能的，因为总角动量 守恒要求。所以，只能取lf=奇数，从而由（12.2-4）式得 ππ= —1。用类似的方法可以求得π -和π 0的宇称为负。 ( )1 1 2 + ss nn = 0 1 nn 2 + ss = (5) π介子的衰变。π介子是最轻的强子，因此不可能由强作 用衰变到其他强子，而只能通过更缓慢得多的电磁或弱过程 衰变。 π0的主要衰变道是：