奇异数

1947年在宇宙射线的研究中，首先观察到了奇异粒子，但只是在1954年加速器实验中产生了奇异粒子之后，再经过系统研究，这类粒子的“奇异”特性才逐渐明朗。所谓奇异粒子，是指当时新发现的一大批新粒子。

在发现p介子的1947年，人们利用宇宙射线在云室中拍下了两张有V字形径迹的照片，衰变产物是p±介子和质子（p）。这两种径迹不能用任何当时已发现的第一代粒子来解释，于是人们很自然的想到，这一定是两种未发现的粒子衰变所形成的。在之后的几年里，人们拍摄了十多万张宇宙射线照片，终于发现了这两种不带电的新粒子。其中一个质量为电子质量的1000倍，被叫做“k0介子”；另一个约为电子质量的2200倍，称为 l粒子（读“兰布塔”）。我们称它们为第二代粒子，这是因为它们有两个明显的特点：(1) 产生快，衰变慢；(2) 成对（协同）产生，单个衰变。

这些特点用过去的理论是无法解释的，所以又称它们为“奇异粒子”。

为了对这些奇异粒子进行定量研究，光靠宇宙射线是不够的。50 年代初，一些大型加速器陆续建成，使人们有可能利用加速器所加速的粒子来轰击原子核，以研究奇异粒子。

到1964年人们又陆续发现了一批奇异粒子，使人们发现的粒子种类达到了33种。这些奇异粒子统称为“第二代粒子”。摘自量子力学书籍《见微知著》

特点是：当它们由于粒子之间相互碰撞而产生时，总是一起产生，而且产生得很快，可是衰变却各自独立地行事，而且衰弱得很慢。简单说来，就是它们总是协同产生、非协同衰变。1953年盖耳曼用一个新的量子数，即奇异数来表述这一特性，并假定在强相互作用中奇异数守恒，而在弱相互作用中奇异数可以不守恒，这样就可以对奇异粒子的特性作出恰当的解释。

当时对最轻的奇异粒子（现在称为K介子）的衰变过程发现了一个疑难，即所谓的“θ-τ”疑难。这个疑难在于：实验中发现了质量、寿命和电荷都相同的两种粒子，一个叫θ介子，另一个叫τ介子。这两种粒子唯一的区别在于：θ介子衰变为两个π介子，而τ介子衰变为三个π介子。分析实验结果可以得出：三个π介子的总角动量为零，宇称为负，而两个π介子的总角动量如为零，则其宇称只能为正。鉴于质量、寿命和电荷这三项相同，这两种粒子应是同一种，但从衰变行为来看，如果宇称应守恒，则θ和τ不可能是同一种粒子。

李政道和杨振宁研究成果

1956年，李政道和杨振宁对历史和现状作了全面考察，他们指出，这一疑难的关键在于人们认为微观粒子在运动过程中宇称必须守恒，强相互作用和电磁相互作用的过程中，宇称守恒是经过检验的，但在弱相互作用的过程中，宇称并没有得到判决性的检验，没有根据说它一定守恒。

奇异粒子是一类亚原子粒子的统称。与奇异粒子相对的是普通粒子，包括质子、中子、π介子等普通的强子和轻子。1947年罗彻斯特(G. D. Rochester)和巴特勒（C.C.Butler，1922-）在宇宙射线中发现了Λ、Κ、Κ等一些性质奇特的粒子。1953年在加速器中又陆续发现了更多的奇异粒子。与普通粒子不同，奇异粒子总是在强相互作用中很快地、至少两个一起同时产生，而后分别通过弱相互作用慢慢地衰变成为非奇异的粒子。

盖耳曼等研究成果

1953年，美国物理学家盖耳曼、日本物理学家中野董夫、西岛和彦（K.Nishijima）各自独立地提出用新的量子数——奇异数解释奇异粒子的性质。奇异数只能去取整数，并且规定普通粒子的奇异数是0，奇异粒子的奇异数由以下反应规定：

π + p → Λ+ Κ

规定Κ粒子的奇异数是+1，Λ的奇异数是-1，然后由其它反应确定其余粒子的奇异数。

奇异数S=+1的奇异粒子有Κ、Κ等。

奇异数S=-1的奇异粒子有Κ、Λ、Σ、Σ、Σ等。

奇异数S=-2的奇异粒子有Ξ、Ξ等。

奇异数S=-3的奇异粒子有Ω等。

在强相互作用中，奇异粒子协同产生，奇异数S是严格守恒的。奇异粒子可以分别独立地衰变成几个普通粒子，所需的时间比较长，是通过弱相互作用实现的。弱相互作用中，奇异数S可以不守恒，ΔS=0,±1。

如果在弱相互作用过程中，宇称可以不守恒，则θ-τ疑难将迎刃而解。