Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| Гл. XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц
623
ных частиц. Фундаментальные структурные элементы, входящие в состав адронов, получили название кварков 1 ).
«родственных семейств», в которые группируются адроны) поз- волила установить, что все известные барионы состоят из трех кварков (B = [q 1 q 2 q 3 ]), антибарионы — из трех антикварков (
B = [ q 1 q 2 q 3 ]), а все мезоны — из кварка и антикварка (M[q 1 q
]). Оказалось, что кварки должны обладать очень необычными свойствами. Так как барионный заряд у барионов B = +1 (у ан- тибарионов B = −1), то из кварковой структуры барионов следу- ет, что барионный заряд кварков дробный: B q = 1/3; B
q = −1/3.
Электрический заряд кварков тоже должен быть дробным (если за единицу принять элементарный заряд): Q q = +2/3 или −1/3 (Q q = −2/3 или +1/3). Только в этих предположениях можно объяснить квантовые числа и свойства всех адронов. 3. Существуют не менее 6 типов кварков, каждый из которых является носителем определенного нового квантового числа — адронного аромата. Эти кварки получили следующие названия: u-кварк (верхний кварк) ⎫ ⎪ ⎬ ⎪ ⎭ носители «изотопических аро- матов»
d-кварк (нижний кварк) I z = +1/2 для u-кварка и I z = = −1/2 для d-кварка 2 ) s-кварк (странный кварк) носитель аромата странности S =
−1 c-кварк (очарованный кварк) носитель аромата очарования C = +1 b-кварк (прелестный кварк) носитель аромата прелести b = +1 t-кварк (истинный кварк) носитель аромата истинности T = +1 3
Подчеркнем, что каждый кварк несет только один аромат. Все остальные ароматы у него отсутствуют, т. е. соответствующие квантовые числа равны нулю. Антикварки отличаются от квар- 1 ) Это название принадлежит американскому физику Мюррею Гелл-Манну (р. 1929 г.), впервые введшему представление о кварковой структуре адронов. 2 ) Вопрос об изотопических ароматах является более сложным, и мы не будем в дальнейшем говорить об их количественных характеристиках. 3 ) Выбор знака для различных «зарядов» всегда условный. Выбор величины S = −1 для аромата странного кварка возник случайно и не носит физического характера. Для t-кварка используется также название высший кварк.
624 Гл. XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц ков противоположными значениями всех зарядов. Так, напри- мер, s-кварк характеризуется электрическим зарядом Q s = −1/3, барионным зарядом B s = +1/3, значением странности S = −1, остальные ароматы у него отсутствуют, т. е. I z = 0, C = 0, b = 0, T = 0. Для антикварка Q s = +1/3; B s = −1/3; S = +1; I z
ны в табл. 14. 4. Сильные и электромагнитные взаимодействия не могут из- менить индивидуальность кварков, т. е. они не меняют значения кварковых ароматов. Другими словами, в этих взаимодействиях имеют место законы сохранения ароматов (аналогичные зако- ну сохранения барионного заряда). В процессах, обусловленных сильными и электромагнитными взаимодействиями, может про- исходить либо просто перегруппировка кварков, либо образова- ние (уничтожение) кварк-антикварковых пар с определенными ароматами, либо и то и другое вместе. 5. Слабые взаимодействия играют в природе уникальную роль — они меняют индивидуальность кварков и могут перево- дить кварк с одним ароматом в кварк с другим ароматом. Таким образом, хотя ароматы несколько напоминают барионный заряд, между ними все же существует очень важное различие. Барион- ный заряд сохраняется во всех пока нам известных процессах, в то время как ароматы обладают гораздо меньшей «устойчи- востью» и сохраняются только в сильных и электромагнитных взаимодействиях. Поиски кварков с такими яркими и необычными свойствами в свободном состоянии проводились в большом количестве экс- периментов и отличались значительным разнообразием и изоб- ретательностью. В частности, один из самых чувствительных экспериментов такого типа был проведен на Серпуховском уско- рителе вскоре после его запуска. Другой очень красивый опыт, в котором искались частицы с дробными зарядами в окружаю- щем нас веществе, представлял собой значительно усовершен- ствованный вариант опыта Милликена по определению элемен- тарного заряда (§ 197) и был выполнен физиками МГУ. Однако ни в одном из этих и других многочисленных экспериментов кварки найти не удалось. Вместе с тем исследования свойств адронов все более и более убедительно показывали, что адроны действительно имеют сложную структуру и состоят из кварков. Об этом свидетель- ствовали опыты, в которых изучалось пространственное распре- деление электрического заряда и магнитного момента и было обнаружено внутреннее движение кварков в адронах. Удалось
|