Физика гиперядер

Физика гиперядер — раздел физики на стыке ядерной физики и физики элементарных частиц, в котором предметом исследования выступают ядроподобные системы, содержащие кроме протонов и нейтронов другие элементарные частицы — гипероны. Также можно сказать, что предметом исследований физики гиперядер является взаимодействие низкоэнергетичных гиперонов и атомных ядер.

Методы исследований и техника проведения эксперимента унаследованы из ядерной физики и физики элементарных частиц.

Лямбда‑гиперядра (гиперядра, содержащие Λ‑гиперон) открыты экспериментально в 1953 году M. Данышем (M. Danysz) и E. Пневским; в 1963 обнаружено двойное Λ‑гиперядро, содержащее два лямбда-гиперона. Сигма-гиперядра, содержащие Σ-гиперон, открыты в 1979 году^[1].

Гиперядра образуются при столкновениях частиц высоких энергий с ядрами. Обычно для этой цели используются отрицательные каоны, вызывающие реакции

${\displaystyle \mathrm {K} ^{-}+p\rightarrow \Lambda +\pi ^{0},}$

${\displaystyle \mathrm {K} ^{-}+n\rightarrow \Lambda +\pi ^{-}.}$^[2]

В 2023 году было сообщено о возможности наблюдения гиперядер (гипертритонов и антигипертритонов), рождающихся в pp-(протон-протонных)-взаимодействиях^[1].

Распады гиперядер происходят обычно в результате сильных взаимодействий с временем жизни 10⁻²³—10⁻²¹ секунды (при этом странность сохраняется, то есть в конечном состоянии присутствует гиперон или К-мезон). Однако существуют и более долгоживущие гиперядра, распадающиеся за счёт слабого взаимодействия, поскольку их сильный распад запрещён законами сохранения. Время жизни таких гиперядер порядка времени жизни свободных гиперонов (~10⁻¹⁰ с), странность не сохраняется.^[2] Пример такого распада:

${\displaystyle \mathrm {{^{4}}{_{\Lambda }}H\rightarrow {^{4}}He+\pi ^{-}} .}$

Гиперводород — химический элемент, имеющий атомное ядро, состоящее из четырёх нейтронов, протона и Λ-гиперона. Обозначается как ${\displaystyle \mathrm {{^{6}}{_{\Lambda }}H} }$. Был предсказан в 1964 г. Обнаружен экспериментально в 2012 г.^[3]

Тритоном в физике называется ядро трития, то есть частица, состоящая из протона и двух нейтронов. Гипертритон вместо одного нейтрона содержит лямбда-гиперон — нестабильный нейтральный барион, масса которого больше массы нейтрона. Антигипертритон — это античастица гипертритона, состоящий из антипротона, антинейтрона и антигиперона. Впервые о создании антигипертритона было объявлено в марте 2010 года в эксперименте на коллайдере тяжёлых ионов RHIC.^[4][5]

Σ-гиперядра представляют собой лишь коротко живущие резонансные состояния. Характерные времена жизни 10⁻²³—10⁻²⁴ с.^[6]

Кроме обычных гиперядер, возможно существование антигиперядер — связанных систем антинуклонов и антигиперонов.

• Ланской Д. Е. Физика гиперядер. — М.: УНЦ ДО, 2002. — 22 с. — ISBN 5-88800-181-3.
• Аверьянов А. В. и др. Исследование гиперядер в пучках Нуклотрона // ЯФ. — 2008. — Т. 71, № 12. — С. 2137-2145. — ISSN 0044-0027.
• Люлька В. А., Филимонов В. А., Иваненко Д. Д. Теория гиперядер // Успехи физических наук. — 1959. — Т. 68, вып. 4. — С. 663—685.
• Ишханов Б. С., Кэбин Э. И. Антиматерия. Кварк-глюонная плазма // Антиматерия. Кварк-глюонная плазма. — Университетская книга МГУ, 2012. — 352 с. — ISBN 978-5-91304-273-6.

• Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. — М.: Наука, 1972. — 670 с.