ΝΟΜΟΙ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ

Οι συμμετρίες εκφράζουν βαθιές κανονικότητες του κόσμου που εξετάζει η φυσική. Όπως απέδειξε στις αρχές του 20ού αιώνα η μαθηματικός Emmy Noether, οι συμμετρίες οδηγούν στους νόμους διατήρησης.

Το αναλλοίωτο των νόμων της φυσικής κάτω από τις μετατοπίσεις και τις περιστροφές στον χώρο – χρόνο συνδέονται με τους νόμους διατήρησης της ορμής, της στροφορμής και της σχετικιστικής ενέργειας, δηλαδή του αθροίσματος της μάζας και της κινητικής ενέργειας.

Η συμμετρία της κατοπτρικής ανάκλασης ως προς την αρχή στον χώρο ( r → – r ) εισάγει την έννοια της ομοτιμίας (parity). Αυτή σχετίζεται με τις έννοιες του χώρου “αριστερά” και “δεξιά”. Για τους περισσότερους νόμους της φύσης δεν υπάρχει διαφορά ανάμεσα στο “αριστερά” και στο “δεξιά”. Ωστόσο, στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις δεν διατηρείται η συμμετρία αυτή.

Οι συμμετρίες βαθμίδας σχετίζονται με την διατήρηση του φορτίου και του χρώματος, ενώ άλλες εσωτερικές συμμετρίες με την διατήρηση των γεύσεων των κουάρκ. 

Οι νόμοι διατήρησης μπορούν να εξηγήσουν τον λόγο για τον οποίο ορισμένες αντιδράσεις σχηματισμού ή διάσπασης σωματιδίων δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν.
Κάθε μία από τις παρακάτω διασπάσεις δεν πραγματοποιούνται, γιατί παραβιάζουν κάποιον από τους νόμους διατήρησης:

α. Λ⁰  (1116 MeV/c² ) → p⁺ (939 MeV/c² ) + π⁰ (135 MeV/c² )
παραβιάζεται η διατήρηση του φορτίου.

β. Λ⁰  (1116 MeV/c² ) → p⁺ (939 MeV/c² ) + π- (140 MeV/c²) +  π⁰ (135 MeV/c² )
παραβιάζεται η διατήρηση της ενέργειας, διότι το άθροισμα των μαζών των προϊόντων είναι μεγαλύτερο από την μάζα  του σωματιδίου που διασπάται.

γ. Ξ⁰  (1315 MeV/c² ) → p⁺ (939 MeV/c² ) + π-(140 MeV/c² )
Η μεταβολή της παραδοξότητας είναι ΔS = 2  ( uss → uud + ūd )

δ.  Λ⁰  (1116 MeV/c² ) → π- (140 MeV/c²) +  π⁺ (140 MeV/c² )
παραβιάζεται η διατήρηση του βαρυονικού αριθμού, αφού το σωματίδιο Λ είναι βαρυόνιο και τα δύο πιόνια είναι μεσόνια.

Επίσης, η χρήση  των νόμων διατήρησης μπορεί να μας βοηθήσει στην ανακάλυψη των ιδιοτήτων των σωματιδίων.

Η πρώτη ανίχνευση του σωματιδίου Ω πραγματοποιήθηκε μέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης καονίων και πρωτονίων :  Κ^–  +  p⁺  → K⁰  + K⁺ + Ω

Η διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου Q/e  δείχνει ότι το σωματίδιο Ω πρέπει να έχει αρνητικό φορτίο Q = -1 (δηλαδή το φορτίο του ηλεκτρονίου) :

Η διατήρηση του βαρυονικού αριθμού B δείχνει ότι το σωματίδιο Ω είναι βαρυόνιο (Β = 1) :

Τέλος, η διατήρηση της παραδοξότητας S στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις μας έδειξε ότι το σωματίδιο Ω είναι ένα πολύ παράδοξο βαρυόνιο (S = -3):

δηλαδή απαρτίζεται από τρία s κουάρκ. Πρόκειται για το βαρυόνιο  Ω^– (sss).

 ✏️   Προσδιόρισε το φορτίο και τον βαρυονικό αριθμό του “αόρατου” νετρονίου της φωτογραφίας.

Εξέτασε, αν εμφανίζεται ασθενής αλληλεπίδραση.

Οι αντιδράσεις είναι :

p⁺  +  π^–  →  Σ^–  +  Κ⁺   

Σ^–   →  π^–   +  n

(Το  πρωτόνιο p⁺ έχει Q = +1, B = +1, S = 0, το καόνιο K⁺ έχει Q = +1, B = 0, S = +1,
το πιόνιο π^– έχει Q = -1, B = 0, S = 0 και το σωματίδιο Σ^– έχει Q = -1, B = +1, S = -1)