Формально резонансы отличаются от других частиц меньшим временем жизни. Каждый резонанс характеризуется несколькими способами распада. Чем больше эффективная масса резонансной частицы, тем больше у нее способов (каналов) распада.
Обычные элементарные частицы стабильные относительно сильного взаимодействия и распадаются вследствие слабого взаимодействия или в результате электромагнитного взаимодействия, а некоторые из них (фотон, электрон, нейтрино, свободный протон и их античастицы) стабильные отношении всех видов взаимодействия. Резонансы возникают и распадаются в результате сильного взаимодействия, поэтому их относят к адронов.
Общепринятой терминологии по резонансов еще нет. Для обозначения резонансов используют буквы греческого (rj, со, р, S), латинского (К, N, В) и других алфавитов.
В 1960 г. был начат новый период экспериментальной физики высоких энергий открытием большого количества резонансных частиц. Первую резонансную частицу массой 1237 МэВ обнаружил (1952 p.) Э. Ферми в Чикагском университете. Многие резонансов было предсказано теоретически на основании предположения о существовании высших симметрий сильных взаимодействий, а также при изучении внутренней структуры нуклонов. Однако настоящий интерес к резонансных состояний возник только после открытия группой JI. Альвареса мезонного резонанса с массой примерно 0,8 ГэВ, чем был начат новый этап развития физики элементарных частиц.
Графики сечения рассеяния седьмого + - и седьмой ~-мезонов на нуклонах зависимости от энергии рассеиваемых пионов показано на рис. 18.1. Существенная особенность графиков - их немонотонность, наличие резонансных пиков при определенных значений энергии. Как видно из графиков, самый пик приходится на энергию пионов 0,18 ГэВ. Этот пик свидетельствует о наличии резонансных условий рассеяния, чему соответствует, как позже выяснилось, образования на короткое время связанного состояния с пиона и нуклона, т.е. непродолжительное время пион и нуклон летят, «злипнувшись» друг с другом, а затем разъем объединяются и становятся независимыми частицами. Как рассматривать такие образования: как некоторое новое состояние двух адронов (пиона и нуклона) или как новую частицу? Этот вопрос весьма актуален, поскольку таких резонансных состояний (резонансов) открыто уже около 100 и число их продолжает увеличиваться. Резонансы регистрируют опосредованным путем, используя закон сохранения импульса, обобщенный на релятивистский случай. Итак, идея регистрации резонансов проста. Конкретная же ее реализация существенно усложняется прежде всего из-за принцип тождественности частиц в квантовой теории.
Спин резонансов определяют, добавляя спины всех связанных в таком образовании частиц. При этом еще добавляют относительный орбитальный момент, который не меньше единицы, поэтому спины резонансов часто превышают единицу.
По аналогии с метастабильными частицами резонансы можно охарактеризовать изотопическим спином, который приобретает для них значений 1/2, 3/2, 5/2 и т. д.
Существует два больших класса резонансов: мезонные и барионной (с нулевой и отличной от нуля странность). Мезонные резонансы наблюдаются при (7и7и) -, (п) -, (ЮО-взаемодиях. барионного резонансы регистрируются в реакциях (nN), (KN), (NN), а также при гиперон-пионного, гиперон-нуклонных и гиперон-гиперонних взаимодействиях.
Большое количество резонансных частиц, с одной стороны, способствует выявлению симметрии сильного взаимодействия, а с другой - усложняет проблему элементарных частиц.
Вопрос о природе резонансных частиц до сих пор остается открытым. Проблема резонансных частиц - одна из самых сложных в физике, решение которой принадлежит будущему.