Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu 		 

Fundamental'nye chasticy

S. A. Slavatinskii (Moskovskii fiziko-tehnicheskii institut, Dolgoprudnyi Moskovskoi obl.)
Opublikovano v Sorosovskom obrazovatel'nom zhurnale, N 2, 2001 g. Soderzhanie

Kvarki

Sama ideya kvarkov voznikla v rezul'tate blestyashei popytki klassificirovat' bol'shoe kolichestvo chastic, uchastvuyushih v sil'nyh vzaimodeistviyah i nazyvaemyh adronami. M. Gell-Man i G. Cveig predpolozhili, chto vse adrony sostoyat iz sootvetstvuyushego nabora fundamental'nyh chastic - kvarkov, ih antikvarkov i perenoschikov sil'nogo vzaimodeistviya - glyuonov [Zel'dovich Ya.B., 1965].

Polnoe chislo adronov, nablyudennoe v nastoyashee vremya, sostavlyaet bolee sta chastic (i stol'ko zhe antichastic). Mnogo desyatkov chastic eshe ne zaregistrirovano. Vse adrony podrazdelyayutsya na tyazhelye chasticy, nazvannye barionami, i srednie, nazvannye mezonami.

Bariony harakterizuyutsya barionnym chislom b = 1 dlya chastic i b = -1 dlya antibarionov. Ih rozhdenie i unichtozhenie vsegda proishodyat parami: bariona i antibariona. U mezonov barionnyi zaryad b = 0. Soglasno idee Gell-Mana i Cveiga, vse bariony sostoyat iz treh kvarkov, antibariony - iz treh antikvarkov. Poetomu kazhdomu kvarku bylo pripisano barionnoe chislo 1/3, chtoby v summe u bariona bylo b = 1 (ili -1 dlya antibariona, sostoyashego iz treh antikvarkov). Mezony imeyut barionnoe chislo b = 0, poetomu oni mogut byt' sostavleny iz lyuboi kombinacii par lyubogo kvarka i lyubogo antikvarka. Pomimo odinakovyh dlya vseh kvarkov kvantovyh chisel - spina i barionnogo chisla imeyutsya drugie vazhnye ih harakteristiki, takie, kak velichina ih massy pokoya m, velichina elektricheskogo zaryada Q/e (v dolyah zaryada elektrona e = 1,6*10-19 kulon) i nekotorogo nabora kvantovyh chisel, harakterizuyushih tak nazyvaemyi aromat kvarka. K nim otnosyatsya:
  1. velichina izotopicheskogo spina I i velichina ego tret'ei proekcii, to est' I3. Tak, u-kvark i d-kvark obrazuyut izotopicheskii dublet, im pripisan polnyi izotopicheskii spin I = 1/2 s proekciyami I3 = +1/2, sootvetstvuyushei u-kvarku, i I3 = -1/2, sootvetstvuyushei d-kvarku. Obe komponenty dubleta imeyut blizkie znacheniya massy i identichny po vsem ostal'nym svoistvam, za isklyucheniem elektricheskogo zaryada;
  2. kvantovoe chislo S - strannost' harakterizuet strannoe povedenie nekotoryh chastic, imeyushih anomal'no bol'shoe vremya zhizni ($\sim {10}^{-8} - {10}^{-13}$ s) po sravneniyu s harakternym yadernym vremenem ($\sim {10}^{-23}$ s). Sami chasticy byli nazvany strannymi, v ih sostav vhodit odin ili neskol'ko strannyh kvarkov i strannyh antikvarkov. Rozhdenie ili ischeznovenie strannyh chastic vsledstvie sil'nyh vzaimodeistvii proishodyat parami, to est' v lyuboi yadernoi reakcii summa $\sum S$ do reakcii dolzhna byt' ravna $\sum S$ posle reakcii. Odnako v slabyh vzaimodeistviyah zakon sohraneniya strannosti ne vypolnyaetsya.
V opytah na uskoritelyah nablyudali chasticy, kotorye bylo nevozmozhno opisat' s pomosh'yu u-, d- i s-kvarkov. Po analogii so strannost'yu potrebovalos' vvesti eshe tri novyh kvarka s novymi kvantovymi chislami S = +1, V = -1 i T = +1. Chasticy, sostavlennye iz etih kvarkov, imeyut sushestvenno bol'shuyu massu (> 2 GeV/s2). Oni imeyut bol'shoe raznoobrazie shem raspadov so vremenem zhizni $\sim {10}^{-13}$ s. Svodka harakteristik vseh kvarkov privedena v tabl. 2.

Tablica 2. Harakteristiki kvarkov
Kvarki u (up) d (down) s (strange) c (charm) b (bottom) t (top)
Massa m0 (1,5-5) MeV/s2 (3-9) MeV/s2 (60-170) MeV/s2 (1,1-4,4) GeV/s2 (4,1-4,4) GeV/s2 174 GeV/s2
Izotopospin I 1/2 1/2 0 0 0 0
Proekciya I3 +1/2 -1/2 0 0 0 0
Elektricheskii zaryad Q/e +2/3 -1/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3
Strannost' S 0 0 -1 0 0 0
Charm C 0 0 0 +1 0 0
Bottom B 0 0 0 0 -1 0
Top T 0 0 0 0 0 +1

Kazhdomu kvarku tabl. 2 sootvetstvuet svoi antikvark. U antikvarkov vse kvantovye chisla imeyut znak, protivopolozhnyi tomu, kotoryi ukazan dlya kvarka. O velichine massy kvarkov neobhodimo skazat' sleduyushee. Privedennye v tabl. 2 znacheniya sootvetstvuyut massam golyh kvarkov, to est' sobstvenno kvarkov bez ucheta okruzhayushih ih glyuonov. Massa odetyh kvarkov za schet energii, nesomoi glyuonami, bol'she. Osobenno eto zametno dlya legchaishih u- i d-kvarkov, glyuonnaya shuba kotoryh imeet energiyu okolo 300 MeV.

Kvarki, kotorye opredelyayut osnovnye fizicheskie svoistva chastic, nazyvayut valentnymi kvarkami. Pomimo valentnyh kvarkov v sostave adronov imeyutsya virtual'nye pary chastic - kvarki i antikvarki, kotorye ispuskayutsya i pogloshayutsya glyuonami na ochen' korotkoe vremya

$t \leq \displaystyle{\frac{h}{E}}$. (4)

(gde E - energiya virtual'noi pary), chto proishodit s narusheniem zakona sohraneniya energii v sootvetstvii s sootnosheniem neopredelennosti Geizenberga [Krainov V.P., 1998]. Virtual'nye pary kvarkov nazyvayut kvarkami morya ili morskimi kvarkami. Takim obrazom, v strukturu adronov vhodyat valentnye i morskie kvarki i glyuony.

Glavnaya osobennost' vseh kvarkov v tom, chto oni yavlyayutsya obladatelyami sootvetstvuyushih sil'nyh zaryadov. Zaryady sil'nogo polya imeyut tri ravnopravnye raznovidnosti (vmesto odnogo elektricheskogo zaryada v teorii elektricheskih sil). V istoricheski slozhivsheisya terminologii eti tri raznovidnosti zaryada nazyvayut cvetami kvarkov, a imenno: uslovno krasnym, zelenym i sinim. Takim obrazom, kazhdyi kvark v tabl. 1 i 2 mozhet byt' v treh ipostasyah i yavlyaetsya cvetnoi chasticei. Smeshenie vseh treh cvetov, podobno tomu kak eto imeet mesto v optike, daet belyi cvet, to est' obescvechivaet chasticu. Vse nablyudaemye adrony bescvetny.

Vzaimodeistviya kvarkov osushestvlyayut vosem' raznyh glyuonov. Termin "glyuon" oznachaet v perevode s angliiskogo yazyka klei, to est' eti kvanty polya est' chasticy, kotorye kak by skleivayut kvarki mezhdu soboi. Kak i kvarki, glyuony yavlyayutsya cvetnymi chasticami, no poskol'ku kazhdyi glyuon izmenyaet cveta srazu dvuh kvarkov (kvarka, kotoryi ispuskaet glyuon, i kvarka, kotoryi poglotil glyuon), to glyuon okrashen dvazhdy, nesya na sebe cvet i anticvet, kak pravilo otlichnyi ot cveta.

Massa pokoya glyuonov, kak i u fotona, ravna nulyu. Krome togo, glyuony elektricheski neitral'ny i ne obladayut slabym zaryadom.

Adrony prinyato takzhe delit' na stabil'nye chasticy i rezonansy: barionnye i mezonnye. Dlya rezonansov harakterno chrezvychaino maloe vremya zhizni ($\sim {10}^{-20} - {10}^{-24}$ s), tak kak ih raspad obuslovlen sil'nym vzaimodeistviem.

Desyatki takih chastic byli otkryty amerikanskim fizikom L.V. Al'varesom. Poskol'ku put' takih chastic do raspada stol' mal, chto oni ne mogut nablyudat'sya v detektorah, registriruyushih sledy chastic (takih, kak puzyr'kovaya kamera i dr.), vse oni byli obnaruzheny kosvenno, po nalichiyu pikov v zavisimosti veroyatnosti vzaimodeistviya razlichnyh chastic drug s drugom ot energii. Risunok 1 poyasnyaet skazannoe. Na risunke privedena zavisimost' secheniya vzaimodeistviya (proporcional'noe velichine veroyatnosti) polozhitel'nogo piona ${\pi}^{+}$ s protonom p ot kineticheskoi energii piona. Pri energii okolo 200 MeV viden pik v hode secheniya. Ego shirina $\Gamma = 110$ MeV, a polnaya massa chasticy ${\Delta}^{++}$ ravna $T '_{max} + M_{p}{c}^{2} + M_{\pi}{c}^{2} = 1232$ MeV/s2, gde T 'max - kineticheskaya energiya soudareniya chastic v sisteme ih centra mass. Bol'shinstvo rezonansov mozhno rassmatrivat' kak vozbuzhdennoe sostoyanie stabil'nyh chastic, tak kak oni imeyut tot zhe kvarkovyi sostav, chto i ih stabil'nye analogi, hotya massa rezonansov bol'she za schet energii vozbuzhdeniya.

Zavisimost' secheniya pi+ ro-vzaimodeistviya ot kineticheskoi energii piona
Ris. 1.Zavisimost' secheniya $\sigma$ ${\pi}^{+}\rho$-vzaimodeistviya ot kineticheskoi energii piona. Pri energii ${T}_{max} \sim 200$ MeV obrazuetsya ${\Delta}^{++}$-rezonans

Nazad | Vpered
Publikacii s klyuchevymi slovami: elementarnye chasticy - kvarki - fizika vysokih energii
Publikacii so slovami: elementarnye chasticy - kvarki - fizika vysokih energii
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mnenie chitatelya [1]
Ocenka: 2.1 [golosov: 14]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce

Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya