Астрофизик Иванов Анатолий Григорьевич: Внутренние структуры гиперонов N+

            Внутренние структуры гиперонов N⁺

   Частицы резонансы N⁺ - это гипероны, которые состоят не из кварков и глюонов, а из протона и двух или четырёх пионов, которые с релятивистскими скоростями двигаются по своим орбитам по одну сторону от протона.   Увеличение релятивистских масс пары пионов по сравнению с релятивистскими массами пионов, входящих в состав гиперонов кси, позволяет образовать заряженную частицу N⁺(1440).  Её внутренняя структура идентична внутренней структуре частицы ∆⁺.

       Астрофизик Иванов Анатолий Григорьевич.

                             

                                    

    В предыдущей статье «Внутренние структуры гиперонов кси, Ξ⁰ и Ξ⁻ с массами покоя 1314,9 МэВ и 1321,3 МэВ», http://blog-astrofizika.blogspot.com/2018/03/blog-post_84.html

 шла речь о причинах, вследствие которых не образуются гипероны Ξ⁺ с массами покоя немного более 1300 МэВ. Увеличение релятивистских масс двух пионов противоположного знака заряда позволяет им сформировать с протоном гиперон, имеющий положительный знак заряда. Этот гиперон обозначается как частица N⁺ с массой покоя 1440 МэВ. Частицы N⁺ c массами покоя 1440 МэВ  имеют внутренние структуры, идентичные внутренним структурам частиц ∆⁺. Точнее, эту частицу надо было бы назвать положительно заряженным гипероном  кси, Ξ⁺. Частица N⁺ c массой покоя 1440 МэВ изображена на рисунке 1. В классификации гиперонов, предлагаемой автором, эта частица обозначена как HP(π⁻,π⁺)(1440). О системе классификации элементарных частиц шла речь в предыдущих статьях автора.

                    

   Рисунок 1.Частица N⁺ с массой покоя 1440 МэВ.   HP(π⁻,π⁺)(1440).

  Релятивистские массы пионов в этой частице равны 250,86 МэВ. Релятивистские скорости движения пионов по орбитам равны 2,49·10⁸м/с. Радиус орбит пионов равен 0,95Ф.                                                                       

Распады частиц N⁺(1440)  идут, в основном, по двум каналам: N⁺(1440) → р + π⁰ и N⁺(1440) → п + π⁺. О подобных каналах распадов много раз шла речь в предыдущих статьях автора. В первом из этих каналов пара пионов взаимодействует между собой с образованием нейтрального пиона. Протон и нейтральный пион покидают частицу N⁺(1440). Но при взаимодействии пары пионов и образовании нейтрального пиона выделяется более 300МэВ энергии. В некоторых случаях этот гамма квант может образовать на этом же протоне пару пионов с релятивистскими массами, которые позволят этой паре образовать с протоном дельта частицу ∆⁺ с массой покоя 1232 МэВ. О внутренних структурах частиц дельта шла речь в статье автора «Внутренние структуры дельта частиц».                                                                                                   Во втором канале распада отрицательно заряженный пион распадается согласно каналу π⁻ → е⁻ + Vе⁻. Электронное антинейтрино взаимодействует с протоном и превращает его в нейтрон: р + Vе⁻ → п + е⁺. Появившийся позитрон аннигилирует с электроном. Оставшийся невредимым положительно заряженный пион  и нейтрон покидают частицу. Но пара пионов, входящих в состав частицы N⁺(1440), может аннигилировать, и тогда в канале распада появится протон и гамма квант.

    Гипероны N⁺ c массами покоя  1520 МэВ распадаются по таким же каналам. Но появляется канал с образованием лямбда гиперона: N⁺(1520) → Λ  π⁺.  Можно было бы предположить, что эта частица тоже состоит из протона и двух пионов противоположного знака заряда. Отрицательно заряженный пион теряет энергию на излучение, увеличивает радиус своей орбиты и образует с протоном лямбда гиперон. Но в таком случае этот пион должен был бы потерять более 110 МэВ энергии. Релятивистская масса отрицательно заряженного пиона в лямбда гипероне равна около 177 МэВ, а в частице N⁺(1520) она составляла бы почти 291 МэВ. По всей вероятности, при столкновении гамма кванта с протоном в этом случае образуется не одна пара пионов, а две. Релятивистские массы пионов равны 145,4 МэВ. Одна пара пионов или аннигилирует, или пионы этой пары взаимодействуют между собой с образованием нейтрального пиона. За счёт выделенной при этом энергии оставшаяся пара пионов  увеличивает свои релятивистские массы и уменьшает радиусы своих орбит. Отрицательно заряженный пион  образует с протоном лямбда гиперон, а положительно заряженный пион тоже покидает частицу.

    Но оставшаяся пара пионов может образовать с протоном частицу ∆⁺(1232). Для этого пионам нужно увеличить свои релятивистские массы всего на 1,5 МэВ. Это происходит тоже за счёт энергии, которая выделяется при взаимодействии пионов внутри второй пары.

   Но может возникнуть ситуация, когда обе пары пионов аннигилируют. Тогда в канале распада появятся протон и гамма квант. Иногда этот гамма квант на этом же протоне создаёт новую пару пионов, которая образует частицу эта, η с массой покоя 547,3 МэВ. Энергии для этого хватает. О внутренней структуре частицы резонанса η шла речь в статье автора «Каналы распадов частицы эта, η». Но эта частица является частицей второго поколения при распаде гиперона N⁺(1520). 

     В классификации гиперонов, предлагаемой автором, эта частица обозначена как HP(π⁻,π⁺,π⁻,π⁺)(1520).

    Гипероны N⁺ с ещё большими массами покоя имеют такие же внутренние структуры и распадаются почти по таким же каналам. Но с увеличением релятивистских масс пионов появляются некоторые новые каналы распадов. Гиперон N⁺ с массой покоя 1650 МэВ по одному из каналов распадается на лямбда гиперон и положительно заряженный каон. Внутренние структуры этих частиц автор раскрыл в своих предыдущих статьях. Таким образом, в результате распада гиперона N⁺(1650) образуются две частицы, в состав которых суммарно входит четыре пиона. Во время распада один пион входит в состав лямбда гиперона и три пиона входят в состав положительно заряженного каона. Вывод напрашивается сам собой. По всей вероятности, гиперон N⁺(1650) тоже состоит из протона, по одну сторону от которого двигаются по орбитам четыре пиона, два из которых  заряжены положительно, а два отрицательно. По существу, такая конструкция напоминает конструкцию заряженного D мезона, в которой вместо положительно заряженного пиона вмонтирован протон. При формировании частицы N⁺(1650) пионы ориентируются на заряд протона и на магнитный момент, а также на его массу и не «замечают» подлога. Но при функционировании частиц N⁺ отрицательно заряженный пион, расположенный возле протона, это ощущает. Он находится между протоном и положительно заряженным пионом. Это является одной из основных причин того, что все частицы N⁺ живут очень короткое время. Во всех внутренних структурах N⁺ гиперонов протон располагается на торце, и это имеет решающее значение для уменьшения времени жизни этих частиц.

 При расположении протона внутри конструкции, состоящей из пионов, и оптимальных величинах их релятивистских масс другие гипероны могут жить намного дольше. Об этом будет идти речь в следующих статьях автора.                                                                                            Релятивистские массы пионов в гипероне N⁺(1650) равны 177,9 МэВ. Этот гиперон изображён на рисунке 2. В классификации гиперонов автора гиперон N⁺(1650) обозначен как HP(π⁻,π⁺,π⁻,π⁺)(1650).

                    

  

      Рисунок 2. Гиперон N⁺(1650),   HP(π⁻,π⁺,π⁻,π⁺)(1650)

   Релятивистские скорости движения пионов по орбитам в этой частице равны 1,86 ·10⁸м/с. Радиус орбит пионов равен 1,79Ф. В лямбда гипероне радиус орбиты отрицательно заряженного пиона равен 1,80Ф. Отрицательно заряженный пион, который расположен возле протона в гипероне N⁺(1650), увеличивает радиус своей орбиты всего на 0,01Ф. Он отделяется от остальных трёх пионов и образует с протоном лямбда гиперон. А  три пиона образуют положительно заряженный каон. Они тоже увеличивают радиусы своих орбит из-за потерь энергии на излучение.

   Но обе пары пионов могут аннигилировать, и в результате в канале распада будет обнаружен протон и гамма квант. Если аннигилирует только крайняя пара пионов, а оставшаяся пара пионов постепенно увеличит радиусы своих орбит, то в канале распада появится частица ∆⁺(1232).

   Ещё большее увеличение релятивистских масс пионов, входящих в состав гиперонов N⁺, приводит к образованию в одном из каналов распада нейтрального сигма гиперона и положительно заряженного каона. Это может наблюдаться при распадах N⁺(1875) и N⁺(1900) гиперонов. Релятивистские массы пионов в частице N⁺(1875) равны 234,2 МэВ. В нейтральном сигма гипероне с массой покоя 1193 МэВ релятивистская масса отрицательно заряженного пиона равна 254,7 МэВ. Недостающие 20,5 Мэв энергии отрицательно заряженный пион, который образует сигма гиперон с протоном, получает от остальных трёх пионов, которые теряют энергию и образуют положительно заряженный каон.

      Но отрицательно заряженный пион, орбита которого располагается возле протона, может взаимодействовать с ним и превратить его в нейтрон. При этом выделится более 230 МэВ энергии. Тогда три оставшихся пиона увеличат свои релятивистские массы за счёт этой энергии. Два крайних пиона образуют нейтральный каон, который покидает частицу. А оставшийся положительно заряженный пион формирует с нейтроном положительно заряженный сигма гиперон с массой покоя 1189 МэВ. О внутренних структурах каонов и сигма гиперонов шла речь в статьях автора.

  В  тяжёлых гиперонах N⁺с большими релятивистскими массами пионов в качестве частицы второго поколения вместо частицы резонанса η может образоваться частица резонанс ω с массой покоя 782,6 МэВ, которая тоже состоит из двух пионов. Процесс её образования не отличается от процесса образования частицы резонанса η.

   В процессах распадов массивных частиц резонансов довольно часто появляется один или несколько нейтральных пионов. Их появление является только результатом взаимодействия внутри пар пионов, входящих в состав этих частиц резонансов. Например, при бомбардировке протонов тяжёлыми релятивистскими отрицательно заряженными пионами происходит реакция π⁻ + р → п + η + π⁰ + π⁰ + π⁰. В результате столкновения отрицательно заряженного пиона и протона последний превращается в нейтрон по известной схеме, и образуется три пары пионов. Эти пионы взаимодействуют внутри пар с образованием нейтрального пиона в каждой паре. Появление частицы резонанса η является результатом взаимодействия нейтрона и гамма кванта, который появляется в результате выделения энергии при  взаимодействии пионов внутри пар.

  Споры о количестве кварков, входящих в состав частиц резонансов, являются беспочвенными потому, что кварки не существуют.   

     В следующей статье автора речь пойдёт о внутренней структуре гиперона омега минус с массой покоя 1672,4 МэВ.

         15. 04. 2014 года, город Чернигов.