Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Розумінню природи фундаментальних частинок значною мірою сприяли роботи американського фізика Маррея Гелл-Мана та японського фізика К. Нісідзіми, виконані незалежно в період 1953—1956 рр. Класифікація фундаментальних частинок, наведена в табл. 20.1—20.3, є значною мірою результатом праць цих дослідників. Ця класифікація ґрунтується на концепції зарядових мультиплетів і на концепції дивності. Проте про жодну з цих концепцій не можна сказати, що її повністю зрозуміно нині, і цілком імовірно, що вже найближчим часом з'являться важливі доповнення.
У підрозд. 20.4 вказувалося на близьку аналогію властивостей нейтрона й протона (крім електричного заряду), яка дає змогу припускати, що ці дві частинки являють собою дві компоненти однієї й тієї самої частинки — нуклона. Можна сказати, що нуклон має властивий йому електричний заряд +1/2 і вектор електричного заряду 1/2, який у звичайному просторі може мати компоненту +1/2 або −1/2, що призводить до результуючого електричного заряду +1 для протона й 0 для нейтрона. Протон і нейтрон, отже, можна описати як зарядовий дублет.
Діаграма, наведена на рис. 20.5, показує, що 24 частинки, подані на діаграмі, утворюють три зарядові синглети, шість дублетів і три триплети. Зарядові синглети мають вектор електричного заряду, що дорівнює 0, і властивий їм заряд, також рівний 0. Усі дублети мають вектор електричного заряду, що дорівнює 1/2; нуклон, антинуклон, каони й ксіони мають властивий їм заряд +1/2 або −1/2. Таким чином, зарядовий дублет може мати електричні заряди 0 і +1 або 0 і −1. Триплети з вектором електричного заряду 1 і властивим їм зарядом 0 мають електричні заряди +1, 0 і −1, що відповідають трьом орієнтаціям зарядового вектора.
Уявлення про дивність було запроваджено Гелл-Маном і Нісідзімою для наближеного пояснення швидкостей реакцій розпаду. Деякі нестабільні частинки розпадаються, як гадають, шляхом сильної взаємодії (підрозд. 20.3), і цей розпад має відбуватися дуже швидко (період напіврозпаду має бути порядку 10−23 с). Прикладом може слугувати розпад частинки η0 з утворенням трьох піонів; у цьому випадку період напіврозпаду ∼10−23 с.
Проте за даними спостережень багато інших частинок мають значно більші періоди напіврозпаду — порядку 10−9 с. Ці частинки, отже, живуть у 1014 раза довше, ніж передбачає для них розрахунок, заснований на теорії сильних взаємодій.
Гелл-Ман і Нісідзіма висловили припущення, що характеристику, яку називають дивністю, слід приписувати частинкам у тому разі, якщо дивність зберігається при реакціях, що включають сильну взаємодію, однак принцип збереження дивності порушується при слабких взаємодіях. Краще було б означувати цю властивість терміном ксенність (від грецького xenos — чужий, незвичайний), ніж словом «дивність».
Рис. 20.5. Діаграма, що показує маси й дивності деяких елементарних частинок.
Значення дивності показано на рис. 20.5. Піони, ета-частинка, нуклони й антинуклони мають дивність 0. Каони, лямбда-античастинка та сигма-античастинки мають дивність +1, а антикаони, лямбда-частинка й сигма-частинки мають дивність −1. Антиксіони мають дивність +2, а ксіони −2.
Згідно з принципом збереження, для сильних взаємодій має дотримуватися збереження дивності: сума дивностей для реагентів дорівнює сумі дивностей для продуктів реакції. Реакції, при яких сума дивностей змінюється на одиницю, можуть відбуватися внаслідок слабких взаємодій, проте такі реакції відбуваються повільно. Реакції, при яких ця сума змінюється на дві одиниці, відбуваються надзвичайно повільно.
Ета-частинка має дивність 0; піони також мають дивність 0. Отже, розпад ета-частинки не супроводжується зміною дивності, і така реакція відбувається дуже швидко.
Табл. 20.4 містить багато прикладів реакцій, при яких відбувається зміна дивності. Від'ємний антикаон $\overline{K}{}^{-}$ має дивність −1. Він може розпадатися за шістьма механізмами з утворенням піонів і лептонів (мюона, електрона, антинейтрино), кожен з яких має дивність 0. Загальний період напіврозпаду для цих реакцій становить 1,22·10−8 с, тобто він значно перевищує період напіврозпаду ета-частинки, і такий тривалий період напіврозпаду пояснюється зміною дивності.