Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 240. Кварковая структура адронов
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 240. Кварковая структура адронов. Сформулированные в § 239
основные положения кварковой модели позволяют качественно объяс- нить все важнейшие особенности адронных явлений. Применим эти положения к систематике адронов и посмотрим, какие типы сильно взаимодействующих частиц могут существовать согласно кварковым представлениям 1 ). Рассмотрим прежде всего «обычные частицы», в со- став которых входят только u - и d -кварки.
1 ) Содержание этого параграфа можно рассматривать как некоторое пояс- нение к табл. 13.
628 Гл. XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц Начнем с самых легких барионов — с протонов и нейтронов. Пра- вильные значения квантовых чисел для этих частиц можно получить, если предположить, что их кварковая структура имеет вид p = [uud] и n = [udd] . Действительно, тогда барионные заряды этих частиц B p = B n = 3 · 1 / 3 = 1, а их электрические заряды Q p = 2 Q u + Q
d = 2 × × 2 / 3 − 1 / 3 = 1 и
Q n = Q u + 2 Q d = 2 / 3 − 2 · 1 / 3 = 0. Протоны отличаются от нейтронов своими электрическими зарядами и значениями изотопи- ческих ароматов. Как уже говорилось и в этой и в предыдущей гла- вах, протоны и нейтроны образуют изотопическое семейство нуклонов, т. е. частиц с очень близкими свойствами. Для объяснения этого сход- ства надо предположить, что сильные взаимодействия u - и d -кварков
близки между собой и что кварковые системы, которые отличаются друг от друга только заменой u -кварков на d -кварки, очень сходны по своим основным характеристикам и образуют изотопическое се- мейство частиц. Отдельные члены такого изотопического семейства можно рассматривать как различные зарядовые состояния одной и той же частицы (в данном случае протон и нейтрон — различные со- стояния нуклона). Подтверждение такой картины можно получить, если рассматривать свойства мезонов, состоящих из u - и
d -кварков
и соответствующих антикварков. Здесь могут существовать системы с нулевым барионным зарядом [u d]
[d u] и [u u] [d d] 1 ). О ни обладают электрическими зарядами + 1; − 1 и 0. Самые легкие такие систе- мы — это уже известные нам π + -, π − - и π 0 -мезоны, которые также образуют изотопическое семейство π -мезонов. Интересно отметить, что π + - и π − -мезон — это частица и античастица (как видно из их кварковой структуры). π 0
(т. е. частица, у которой все заряды равны нулю) тождественна сво- ей античастице. Принадлежность частицы и античастицы к одному изотопическому семейству является общим свойством всех мезонов, состоящих из u - и
d -кварков. Отнюдь не любые системы, имеющие один и тот же кварковый состав, должны быть близки между собой по свойствам и входить в одно изотопическое семейство. Подобно тому как в атомах могут существовать основные и возбужденные состояния, так и в кварковых системах помимо основных состояний с наименьшими массами воз- можны и «возбужденные состояния», характеризующиеся большими значениями масс. Если эти «возбужденные состояния» лежат доста- точно высоко и могут, излучая π -мезоны, переходить в более низкие состояния, то такие переходы осуществляются благодаря сильным вза- имодействиям. При этом «возбужденные состояния» имеют времена жизни, характерные для сильных взаимодействий ( ∼ 10 −23 с). Как уже 1 ) Так как нейтральные системы u u, d d могут переходить друг в друга (этот процесс можно рассматривать как аннигиляцию u u-пары и образование d d-пары и наоборот), то [u u] [d d]-системы — это нейтральная составная частица, которая часть времени пребывает в состоянии u u, а часть времени — в состоянии d d (т. е. π 0 -мезон).
|