ОСЦИЛЛЯ́ЦИИ

ОСЦИЛЛЯ́ЦИИ (от лат. oscillo – ка­чать­ся) эле­мен­тар­ных час­тиц, пе­рио­ди­че­ский во вре­ме­ни или в про­стран­ст­ве про­цесс пол­но­го или час­тич­но­го пре­вра­ще­ния час­тиц од­но­го ти­па (А) в дру­гой (В) и об­рат­но в про­цес­се их рас­про­стра­не­ния в ве­ще­ст­ве: А → В → А → В →... Час­ти­цы A и B раз­ли­ча­ют­ся оп­ре­де­лён­ны­ми кван­то­вы­ми чис­ла­ми (напр., стран­но­стью, оча­ро­ва­ни­ем, леп­тон­ным за­ря­дом), ко­то­рые в про­цес­се О. из­ме­ня­ют­ся. О. час­ти­цы, ро­ж­дён­ной как А, опи­сы­ва­ют­ся ве­ро­ят­но­стью об­на­ру­жить час­ти­цу В в мо­мент вре­ме­ни $t$ или на рас­стоя­нии $x$ от об­лас­ти ро­ж­де­ния. Эта ве­ро­ят­ность пе­рио­ди­че­ски ме­ня­ет­ся со вре­ме­нем или с рас­стоя­ни­ем.

О. яв­ля­ют­ся след­ст­ви­ем сме­ши­ва­ния час­тиц. В ва­куу­ме сме­ши­ва­ние оз­на­ча­ет, что час­ти­цы, воз­ни­каю­щие, напр., в силь­ных или сла­бых взаи­мо­дей­ст­ви­ях, не име­ют оп­ре­де­лён­ных масс, но их со­стоя­ния пред­став­ля­ют со­бой ко­ге­рент­ные ком­би­на­ции двух (и бо­лее) ком­по­нент с оп­ре­де­лён­ны­ми, но раз­ли­чаю­щи­ми­ся мас­са­ми (т. н. мас­со­вых со­стоя­ний). О. – ре­зуль­тат мо­но­тон­но­го рос­та раз­но­сти фаз $\Delta \phi$ меж­ду мас­со­вы­ми со­стоя­ния­ми (ком­по­нен­та­ми) в про­цес­се рас­про­стра­не­ния час­тиц. Уве­ли­че­ние $\Delta \phi$ из­ме­ня­ет ин­тер­фе­рен­цию ме­ж­ду ком­по­нен­та­ми и, сле­до­ва­тель­но, взаи­мо­дей­ствие все­го со­стоя­ния час­ти­цы.

О. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся пе­рио­дом или дли­ной и глу­би­ной (ам­пли­ту­дой). Сме­ши­ва­ние двух час­тиц опи­сы­ва­ет­ся од­ним т. н. уг­лом сме­ши­ва­ния $\theta$; при этом $\cos \theta$ и $\sin \theta$ оп­ре­де­ля­ют при­ме­си мас­со­вых со­стоя­ний в дан­ном со­стоя­нии час­ти­цы. В этом слу­чае О. оп­ре­де­ля­ют­ся од­ной раз­но­стью фаз. Ес­ли в на­чаль­ный мо­мент фа­за ос­цил­ля­ций $\phi$ рав­на ну­лю, то наи­боль­шее от­кло­не­ние от на­чаль­но­го со­стоя­ния дос­ти­га­ет­ся в мо­мент вре­ме­ни, ко­гда $\phi=$180°. Пе­ри­од О. $T_{осц}$ ра­вен интер­ва­лу вре­ме­ни, в те­че­ние ко­то­ро­го фа­за О. ме­ня­ет­ся на 360° и, сле­до­ва­тель­но, час­ти­ца воз­вра­ща­ет­ся в ис­ход­ное со­стоя­ние. Со­от­вет­ст­вен­но дли­на О. – это рас­стоя­ние, на ко­то­ром час­ти­ца воз­вра­ща­ет­ся в ис­ход­ное со­стоя­ние. Пе­ри­од О. об­рат­но про­пор­цио­на­лен раз­но­сти энер­гий собств. со­стоя­ний $\Delta \mathscr E$ (при их рав­ных им­пуль­сах): $T_{осц}=2\pi/\Delta \mathscr E$ . Глу­би­на О. оп­ре­де­ля­ет­ся ве­ли­чи­ной сме­ши­ва­ния $\sin^2(2\theta)$. В слу­чае ма­ло­го уг­ла $\theta$ О. про­ис­хо­дят с ма­лой глу­би­ной; при этом ис­ход­ное со­стоя­ние час­ти­цы пре­вра­ща­ет­ся в др. со­стоя­ние толь­ко час­тич­но. В слу­чае макс. сме­ши­ва­ния (при $\theta=$ 45°) мас­со­вые со­стоя­ния вхо­дят с рав­ны­ми ве­са­ми и час­ти­цы пре­вра­ща­ют­ся од­на в дру­гую пол­но­стью: О. про­ис­хо­дят с макс. глу­би­ной. Сме­ши­ва­ние (и, сле­до­ва­тель­но, О.) – ре­зуль­тат су­ще­ст­во­ва­ния взаи­мо­дей­ст­вий, ко­то­рые транс­фор­ми­ру­ют час­ти­цу А в час­ти­цу В.

На­блю­де­ние О. воз­мож­но, ес­ли раз­ме­ры об­лас­тей ро­ж­де­ния и де­тек­ти­ро­ва­ния час­тиц мень­ше дли­ны О. В про­тив­ном слу­чае бу­дет на­блю­дать­ся ус­ред­нён­ный эф­фект О., при ко­то­ром при­ме­си ос­цил­ли­рую­щих час­тиц не из­ме­ня­ют­ся с рас­стоя­ни­ем, вре­ме­нем и энер­ги­ей.

При рас­про­стра­не­нии час­тиц в ве­ще­ст­ве угол сме­ши­ва­ния и раз­ность энер­гий, а сле­до­ва­тель­но, глу­би­на и дли­на О. от­ли­ча­ют­ся от со­от­вет­ст­вую­щих ха­рак­те­ри­стик в ва­куу­ме. Эти ха­рак­те­ри­сти­ки за­ви­сят от энер­гии час­тиц и от плот­но­сти сре­ды. При оп­ре­де­лён­ной энер­гии или плот­но­сти сме­ши­ва­ние мо­жет стать мак­си­маль­ным и, сле­до­ва­тель­но, О. бу­дут про­ис­хо­дить с макс. глу­би­ной. В этом слу­чае реа­ли­зу­ет­ся их ре­зо­нанс­ное уси­ле­ние.

О. не­по­сред­ст­вен­но про­яв­ля­ют­ся в том, что в пуч­ке час­тиц, со­стоя­щем пер­во­на­чаль­но из час­тиц А, в про­цес­се рас­про­стра­не­ния пе­рио­ди­че­ски по­яв­ля­ет­ся и ис­че­за­ет при­месь час­тиц В. Де­тек­то­ры, рас­по­ло­жен­ные на раз­ных рас­стоя­ни­ях от ис­точ­ни­ка А (или на од­ном рас­стоя­нии, но при раз­ных энер­ги­ях час­тиц), бу­дут ре­ги­ст­ри­ро­вать раз­ные при­ме­си час­тиц В и раз­ное по­дав­ле­ние по­то­ка час­тиц А. Экс­пе­ри­мен­таль­но об­на­ру­же­ны О. ней­траль­ных ме­зо­нов и ней­три­но. Для ней­траль­ных ме­зо­нов име­ют ме­сто О. час­ти­ца – ан­ти­час­ти­ца, про­ис­хо­дя­щие с макс. глу­би­ной. Пе­ри­од О. в сис­те­ме по­коя ме­зо­нов оп­ре­де­ля­ет­ся раз­но­стью масс $\Delta M$ со­став­ляю­щих ком­по­нент. Вре­ме­на рас­па­дов ме­зо­нов срав­ни­мы с пе­рио­да­ми О., по­это­му рас­па­ды из­ме­ня­ют кар­ти­ну О. От­но­ше­ние $\Delta M/Г$ (Γ – ско­рость рас­па­да) оп­ре­де­ля­ет чис­ло пе­рио­дов О. за вре­мя жиз­ни ме­зо­нов.

О. ней­траль­ных K-ме­зо­нов

 $K^0 \leftrightarrow \tilde{K}^0$ про­ис­хо­дят с из­ме­не­ни­ем стран­но­сти

 >>

с пе­рио­дом $T_{осц}=$ 1,2 нс (в сис­те­ме покоя) и $\Delta M/Г=$2,7·102. Из-за рас­па­да $\text{K}_S$-ком­по­нен­ты пол­но­го со­стоя­ния О. пре­кра­ща­ют­ся. При рас­про­стра­не­нии в ве­ще­ст­ве в ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия $\text K_L$-ком­по­нен­ты с ве­ще­ст­вом ро­ж­да­ет­ся $\text K_S$-ком­по­нен­та, т. е. про­ис­хо­дит её ре­ге­не­ра­ция и О. про­дол­жа­ют­ся. О. В-ме­зонов $B^0_d \leftrightarrow \tilde{B}^0_d$ про­ис­хо­дят с из­ме­не­ни­ем кра­со­ты

 >>

 c $T_{осц}=$12,4 нс и $\Delta M/Г=$0,77. В О. ме­зо­нов из­ме­ня­ет­ся и красо­та, и стран­ность; их пе­ри­од $T_{осц}=$0,35 нс и $\Delta M/Г=$26. Об­на­ру­же­но сме­ши­ва­ние ме­зо­нов с из­ме­не­ни­ем оча­ро­ва­ния

 >>

, од­на­ко в этом слу­чае $\Delta M/Г=$0,008 и О. не ус­пе­ва­ют раз­вить­ся за вре­мя жиз­ни $D^0$-ме­зо­на. Изу­че­ние О. ме­зо­нов по­зво­ля­ет из­ме­рить раз­но­сти их масс $\Delta M$.

О. ней­три­но яв­ля­ют­ся след­ст­ви­ем сме­ши­ва­ния 3 ти­пов (аро­ма­тов) ней­три­но – $\nu_e$, $\nu_\mu$ и $\nu_\tau$ (и со­от­вет­ст­вен­но 3 ти­пов анти­ней­три­но), ко­то­рые пред­став­ля­ют со­бой ком­би­на­ции 3 со­стоя­ний с оп­ре­де­лён­ны­ми мас­са­ми. Та­кое сме­ши­ва­ние опи­сы­ва­ет­ся тре­мя уг­ла­ми и од­ной фа­зой, на­ру­шаю­щей СР-сим­мет­рию (см. Ней­трин­ные ос­цил­ля­ции

).

Из­ме­ре­ние па­ра­мет­ров О. по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить фун­дам. па­ра­мет­ры час­тиц: раз­но­сти масс ме­зо­нов, а так­же уг­лы сме­ши­ва­ния и раз­но­сти квад­ра­тов масс ней­три­но.