V interakcích kosmického záření byly objeveny i tzv. podivné částice. Nejprve byla pozorována kladně nabitá částice s hmotou mπ < M < mp (viz kapitolka 5.1), pak i rozpady nabitých a neutrálních částic. V padesátých letech 20. století se začalo experimentovat se svazky protonů na urychlovačích. Jako měřicí aparatury byly nejčastěji využívány jaderné emulze, mlžné a bublinové komory. Postupem času byly změřeny další případy rozpadů dosud neznámých částic. Stručný přehled podává tabulka 5.1.
Pozorované částice měly některé pozoruhodné vlastnosti:
Z těchto důvodů si tyto nové částice vysloužily přívlastek podivné.
O vysvětlení vzniku a rozpadu podivných částic se nezávisle pokusili A. Pais a M. Gell-Mann, oba zavedli nové kvantové číslo podivnost S. Oba postulovali, že podivnost se zachovává v silných interakcích, zatímco ve slabých nikoli. V Paisově modelu byla podivnost multiplikativní veličinou, přičemž podivným částicím byla přiřazena S = −1, nepodivným S = +1. Naproti tomu Gell-Mann předpokládal, že podivnost má aditivní charakter, přičemž nepodivné částice mají S = 0 a podivné S = ±1,±2,±3, přičemž antičástice má opačnou podivnost než příslušná částice.
Ze zachování podivnosti v silných interakcích vyplývá, že podivné částice vznikají v párech. To předpovídaly oba zmíněné modely a tento jev byl skutečně posléze pozorován. Rozhodnutí mezi zmíněnými modely přinesla reakce
 | (5.1) |
Zatímco Paisův model tuto reakci povoluje, Gell-Mannův nikoli (v koncovém stavu je celková podivnost S = −2). Gell-Mannův model se nakonec ukázal jako správný. Nové kvantové číslo podivnost se zachovává v silných a elektromagnetických interakcích, nikoli však ve slabých.
Největší záhadu představovaly částice 𝜃+ a τ+, rozpadající se na dva, resp. tři piony (viz tabulka 5.1). Obě částice měly prakticky stejnou hmotu, rozpadaly se však jiným způsobem a navíc koncové stavy jejich rozpadů neměly stejnou paritu. Z detailní analýzy rozpadu τ+ (podrobněji viz oddíl 6.1.2) totiž vyplynulo omezení na spin a paritu
Pokud by 𝜃+ měla stejný spin jako τ+, musela by mít opačnou paritu (viz též kapitolka 6.2). Zdálo se tedy, že se nejedná o jednu částici. Řešení zmíněného problému spočívalo v předpokladu, že ve slabých interakcích se nemusí zachovávat parita. Oba pozorované typy případů tedy představují jen dva různé rozpadové kanály jedné částice, mezonu K. .
Podívejme se nyní blíže na dva experimenty. První se týká již dříve zmíněného pozorování částice s hmotou mπ < M < mp, druhý rozlišil dva typy podivných částic podle produktů jejich rozpadů.
V roce 1943 pozorovali Leprince-Ringuet a L’Héritier [15] ve Wilsonově mlžné komoře pružný rozptyl kladně nabité částice na elektronu, viz příklad 5.1. Ze zakřivení jejich drah v magnetickém poli bylo možné určit hybnosti primární částice i odraženého elektronu. Analýzou kinematiky tohoto případu dospěli zmínění experimentátoři k závěru, že primární částicí nemohl být proton ani kladně nabitý pion, a určili velikost hmoty nové částice přibližně 1000me.
Posléze byly naměřeny další obdobné případy, které také ukazovaly na existenci částice s podobnou hmotou. Těmto částicím dnes říkáme K-mezony.
Během první fáze pozorování podivných částic byly naměřeny rozpady neutrální částice, tehdy značené V0, na dva nabité produkty:
 | (5.2) |
Protože π+ a proton s velkou hybností nelze rozlišit na základě ionizačních ztrát, byla vynalezena nová metoda. K rozlišení zmíněných dvou typů rozpadů zavedla skupina fyziků z Manchesteru následující veličinu charakterizující symetrii produktů rozpadu [16]:
 | (5.3) |
kde p+∕−,𝜃+∕− jsou hybnost a úhel výletu kladně/záporně nabité částice v LAB, viz též obr. 5.1. Úpravou vztahu (5.3) dostaneme
 | (5.4) |
kde M, m+, m− jsou hmoty mateřské a kladně, resp. záporně nabité dceřiné částice; pcms, 𝜃cms jsou hybnost a úhel výletu dceřiných částic v CMS. Vzhledem k tomu, že mateřské částice nejsou polarizované, je rozdělení úhlu 𝜃cms izotropní. Druhý člen ve vztahu (5.4) je proto v průměru roven nule.
Z pozorovaného spektra veličiny α se ukázalo, že rozpad (5.2) představuje opravdu dvě skupiny případů, každý s jinou střední hodnotou parametru α, viz též příklad 5.3:
Velmi podobný způsob rozlišení dvoučásticových rozpadů (5.2) se používá i v současných experimentech. Obr. 5.2 zobrazuje tzv. Armenterosův-Podolanského graf. Oblasti s |α|≈ 0,68 odpovídají rozpadům Λ0, oblast v okolí α ≈ 0 pak rozpadům neutrálního kaonu. Všimněme si, že příčná hybnost kladně nabité dceřiné částice je výrazně větší v rozpadech neutrálního kaonu oproti rozpadům Λ0. Důvod je čistě kinematický:
 | (5.5) |
jak bychom zjistili použitím vztahu (2.10b).
Příklad 5.1. Ve Wilsonově mlžné komoře umístěné v magnetickém poli byl pozorován pružný rozptyl kladně nabité částice na elektronu. Zakřivení dráhy této primární částice v magnetickém poli před interakcí bylo B × R = 1,7T ⋅ m. Poloměr dráhy odraženého elektronu byl přibližně Re− = 1,6 cm, lokální hodnota magnetického pole v okolí stopy tohoto elektronu byla Be ≈ 0,265 T. Obě zmíněné dráhy spolu svíraly úhel ξ, tg ξ = 0,32. Určete hmotu primární částice.
Příklad 5.2. Odvoďte vztah (5.4) z definice (5.3).
Příklad 5.3. Ukažte, že střední hodnota ⟨α⟩ = 0 ve vztahu (5.3) odpovídá rozpadu
zatímco ⟨α⟩ = 0,68 odpovídá rozpadu
Příklad 5.4. Určete prahovou kinetickou energii nalétávajícího pionu, při které probíhá reakce
 | (5.6) |
Příklad 5.5. Baryon Λ0 s hybností 10 GeV se rozpadá
Určete energii protonu v laboratorním systému pro úhly 𝜃cms = 0∘,90∘,180∘, který svírá směr výletu protonu se směrem pohybu Λ0 v CMS.
Příklad 5.6. V mlžné komoře byl zaregistrován případ rozpadu neutrální částice na dvě nabité, viz obr. 5.3. Dráhy produktů rozpadu svírají úhel α = 66,6∘, ze zakřivení drah částic v magnetickém poli byly určeny jejich hybnosti
Jsou chyby měření dostatečně malé, abychom spolehlivě rozlišili mezi rozpady K0 a Λ0?
1Všechny dosud známé nestabilní částice se rozpadaly jen jedním způsobem, proto nebylo zcela přirozené přijmout hypotézu o částicích s více rozpadovými kanály.
