12奇異粒子和奇異數
奇異粒子
1947年，羅徹斯特（G。Rochester）和巴特勒（C。Butler）在宇宙線實驗中首先觀察到了後來被稱為奇異粒子的一類粒子，但是隻有在加速器實驗中大量產生了奇異粒子後，它們的“奇異”特性才充分地展現出來並得到係統的研究。這些新粒子有一些重要的、過去已發現的強子所沒有的奇異特性，所以被統稱為“奇異粒子”。在這以前已經發現並已被熟知的核子和π介子等強子則統稱為普通強子，普通強子和光子、電子、正電子、μ子、中微子、反中微子等合起來統稱為普通粒子。奇異粒子具有以下幾個明顯的特性：
（1）它們是協同產生、獨立衰變。也就是在高能粒子的碰撞過程中至少兩個奇異粒子一起產生，然後每個奇異粒子再分別獨立地衰變掉，最終衰變成的粒子都是過去已知的粒子，即普通粒子，而不再有奇異粒子了。
（2）它們是快產生、慢衰變。也就是說奇異粒子產生於粒子的高能碰撞，碰撞經曆的時間數量級為10-24s，而它們衰變的平均壽命則長得多，時間數量級為10-10s或更長，兩個時間數量級的差別約為1014倍。
1953年美國物理學家蓋耳-曼（MurrayGell-Mann）和日本物理學家中野董夫、西島和彥彼此獨立地提出奇異粒子的這些特性可以用客觀上存在一種新的守恒量子數來概括。這種新守恒量子數稱為奇異數，它隻能取整數值。過去熟知的普通粒子的奇異數都定為零。奇異粒子的奇異數不為零。在強相互作用和電磁相互作用過程中，奇異數守恒，在弱相互作用過程中，奇異數可以不守恒，也就是說在弱相互作用過程中奇異數可以不改變，也可以改變1。奇異粒子的產生是通過強相互作用的碰撞來實現的，碰撞的整個過程時間很短。由於實驗隻能通過普通粒子的碰撞來實現，所以強相互作用過程中奇異數守恒決定了末態中奇異粒子必須協同產生，這樣才有可能使產生的奇異粒子的奇異數互相抵消。奇異粒子的衰變是通過弱相互作用實現的過程，因為相互作用很弱，所以需要的時間較長，但不再要求奇異數守恒了，這樣每一個奇異粒子可以分別獨立地衰變成幾個普通粒子。
因此，奇異粒子“奇異”性質的來源在於奇異數S的近似守恒性質：對於強相互作用和電磁相互作用過程，△S=0；對於弱相互作用過程，|△S|=0，1。
奇異數
各種粒子奇異數S的值是根據奇異數守恒的要求以及實驗結果分析所賦予的。從這兩方麵的要求來說，各種粒子的奇異數S的值並沒有完全確定下來。事實上如果把已經確定的各種粒子奇異數S的值都乘一共同常數值作為新定義的奇異數S的值，則上述奇異數守恒的要求仍然能夠滿足；如果把上麵所給出各粒子的S值再加一個強相互作用過程中守恒的相加性守恒量作為新定義的守恒量，上述奇異數守恒的要求亦仍然能滿足。為了避免這些不確定性帶來的任意性，粒子物理學家實際上采取了自然的約定，即以最初確定的幾個奇異粒子的奇異數的值為標準來確定其他粒子的奇異數的值。
蓋耳-曼和西島和彥提出強子的電荷Q、同位旋沿“第三方向”（注意這是指抽象的同位旋空間而言）的投影I3、重子數b和奇異數S有以下關係：
稱為蓋耳-曼-西島關係。以後的實驗充分證明這個關係的普遍性，這個關係在60年代強子對稱性研究及強子分類理論的探索中是一個重要的基本關係式。蓋耳-曼-西島關係中的重子數b和奇異數S總是相加在一起出現，有時人們又引入超荷Y=b+S來代替奇異數。
奇異數的引入很好地解釋了奇異粒子的特性。在這以前，粒子物理學所認識到的守恒量除能量、動量、角動量、電荷外，按加法計算的守恒量隻有同位旋的分量，但是同位旋的概念和粒子的電荷有一定的聯係，而奇異數則完全是根據實驗的規律性獨立地總結出來的客觀存在的守恒量。
奇異量子數的下述兩個特點對粒子物理學的發展是有啟示意義的：（1）它是一個“近似”守恒的相加性守恒量，在強相互作用和電磁相互作用下嚴格守恒，但是在弱相互作用下可以不守恒；（2）與電荷不同，奇異數本身不是某種相互作用的“荷”，奇異數不代表某種相互作用的作用強度，因此它的確定隻能通過實驗的分析總結，不能像電荷那樣通過它所體現的相互作用性質的動力效應來測定。奇異數的存在和被認識給人們以啟示：粒子物理中豐富多彩的內容表現之一就是自然界中客觀上還可能存在其他一些反映粒子內部性質的量子數，它們有可能是“近似”守恒量，有可能並不是某種相互作用的“荷”。
1974年以後發現了粲數C，1977年以後發現了底數B，1995年發現了頂數T，都是屬於類似於奇異數的這類量子數。考慮到強子物理的這些發展，蓋耳-曼-西島關係已經推廣為