Astronet > Fundamental'nye chasticy

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

Kvarkovuyu model' adronov nachnem opisyvat' s risunka silovyh linii, ishodyashih iz istochnika - kvarka s cvetnym zaryadom i zakanchivayushihsya na antikvarke (ris. 2, b ). Dlya sravneniya na ris. 2, a my pokazyvaem, chto v sluchae elektromagnitnogo vzaimodeistviya silovye linii rashodyatsya ot ih istochnika - elektricheskogo zaryada veerom, ibo virtual'nye fotony, ispushennye odnovremenno istochnikom, ne vzaimodeistvuyut drug s drugom. V rezul'tate poluchaem zakon Kulona.

Shema silovyh linii elektricheskogo polya v elektrostatike (a) i glyuonnogo polya mezhdu kvarkom i antikvarkom (b), a takzhe shema razryva zhguta pri ego bol'shom rastyazhenii (v)

Ris. 2.Shema silovyh linii elektricheskogo polya v elektrostatike (a) i glyuonnogo polya mezhdu kvarkom i antikvarkom (b), a takzhe shema razryva zhguta pri ego bol'shom rastyazhenii (v)

V otlichie ot etoi kartiny glyuony sami obladayut cvetnymi zaryadami i sil'no vzaimodeistvuyut drug s drugom. V rezul'tate vmesto veera iz silovyh linii my imeem zhgut, pokazannyi na ris. 2, b. Zhgut protyanut mezhdu kvarkom i antikvarkom, no samoe udivitel'noe to, chto sami glyuony, imeya cvetnye zaryady, stanovyatsya istochnikami novyh glyuonov, chislo kotoryh narastaet po mere ih udaleniya ot kvarka. Takaya kartina vzaimodeistviya sootvetstvuet zavisimosti potencial'noi energii vzaimodeistviya mezhdu kvarkami ot rasstoyaniya mezhdu nimi, pokazannoi na ris. 3. A imenno: do rasstoyaniya R < 10^-13 sm zavisimost' U(R ) imeet voronkoobraznyi harakter, prichem sila cvetnogo zaryada v etoi oblasti rasstoyanii otnositel'no nevelika, tak chto kvarki pri R < 10^-15 cm v pervom priblizhenii mozhno rassmatrivat' kak svobodnye, nevzaimodeistvuyushie chasticy. Eto yavlenie imeet special'noe nazvanie asimptoticheskoi svobody kvarkov pri malyh R. Odnako pri R bol'she nekotorogo kriticheskogo $R_{kp}š\approxš{10}^{-13}$ cm velichina potencial'noi energii vzaimodeistviya U(R ) stanovitsya pryamo proporcional'noi velichine R. Otsyuda pryamo sleduet, chto sila F = - dU / dR =šconst, to est' ne zavisit ot rasstoyaniya. Nikakie drugie vzaimodeistviya, kotorye fiziki ranee izuchili, ne obladali stol' neobychnym svoistvom [Nambu I., 1978].

Ris. 3.Zavisimost' potencial'noi energii vzaimodeistviya kvarka s antikvarkom ot rasstoyaniya mezhdu nimi

Raschety pokazyvayut, chto sily, deistvuyushie mezhdu kvarkom i antikvarkom, deistvitel'no, nachinaya s $R_{kp}š\approx {10}^{-13}$ sm, perestayut zaviset' ot rasstoyaniya, ostavayas' na urovne ogromnoi velichiny, blizkoi 20 t. Na rasstoyanii $R \sim {10}^{-12}$ sm (ravnom radiusu srednih atomnyh yader) cvetnye sily bolee chem v 100 tys. raz bol'she elektromagnitnyh sil. Esli sravnit' cvetnuyu silu s yadernymi silami mezhdu protonom i neitronom vnutri atomnogo yadra, to okazyvaetsya, chto cvetnaya sila v tysyachi raz bol'she! Takim obrazom, pered fizikami otkrylas' novaya grandioznaya kartina cvetnyh sil v prirode, na mnogo poryadkov prevyshayushih nyne izvestnye yadernye sily. Konechno, srazu zhe voznikaet i vopros o tom, mozhno li takie sily zastavit' rabotat' kak istochnik energii. K sozhaleniyu, otvet na etot vopros otricatel'nyi.

Estestvenno, vstaet i drugoi vopros: do kakih rasstoyanii R mezhdu kvarkami potencial'naya energiya lineino rastet s rostom R ? Otvet prostoi: pri bol'shih rasstoyaniyah zhgut silovyh linii rvetsya, tak kak energeticheski bolee vygodno obrazovat' razryv s rozhdeniem kvark-antikvarkovoi pary chastic. Eto proishodit, kogda potencial'naya energiya v meste razryva bol'she massy pokoya kvarka i antikvarka. Process razryva zhguta silovyh linii glyuonnogo polya pokazan na ris. 2, v.

Takie kachestvennye predstavleniya o rozhdenii kvarka-antikvarka pozvolyayut ponyat', pochemu odinochnye kvarki voobshe ne nablyudayutsya i ne mogut nablyudat'sya v prirode. Kvarki navechno zaklyucheny vnutri adronov. Eto yavlenie nevyleta kvarkov nazyvaetsya konfainmentom [Nambu I., 1978]. Pri vysokih energiyah zhgutu mozhet byt' vygodnee razorvat'sya srazu vo mnogih mestah, obrazovav mnozhestvo $q\tilde{q}$ -par. Takim putem my podoshli k probleme mnozhestvennogo rozhdeniya kvark-antikvarkovyh par i obrazovaniyu zhestkih kvarkovyh strui.

Rassmotrim snachala stroenie legkih adronov, to est' mezonov. Oni sostoyat, kak my uzhe govorili, iz odnogo kvarka i odnogo antikvarka.

Chrezvychaino vazhno, chto oba partnera pary imeyut pri etom odinakovyi cvetnoi zaryad i takoi zhe antizaryad (naprimer, kvark sinii i antikvark antisinii), tak chto ih para nezavisimo ot aromatov kvarkov ne imeet cveta (a tol'ko bescvetnye chasticy my i nablyudaem).

Vse kvarki i antikvarki imeyut spin (v dolyah ot h), ravnyi 1/2. Poetomu summarnyi spin sochetaniya kvarka s antikvarkom raven libo 0, kogda spiny antiparallel'ny, libo 1, kogda spiny parallel'ny drug drugu. No spin chasticy mozhet byt' i bol'she 1, esli sami kvarki vrashayutsya po kakim-libo orbitam vnutri chasticy.

V tabl. 3 privedeny nekotorye parnye i bolee slozhnye kombinacii kvarkov s ukazaniem, kakim izvestnym ranee adronam dannoe sochetanie kvarkov sootvetstvuet.

Tablica 3. Kvarkovyi sostav nekotoryh adronov

Kvarki	Mezony		Kvarki	Bariony
	J = 0	J = 1		J = 1/2	J = 3/2
	chasticy	rezonansy		chasticy	rezonansy
$u\tilde{d}$	${\pi}^{+}$ (pion+)	${\rho}^{+}$ (ro+)	uuu		${\Delta}^{++}$ (del'ta++)
$\tilde{u}d$	${\pi}^{-}$ (pion-)	${\rho}^{-}$ (ro-)	uud	p (proton)	${\Delta}^{+}$ (del'ta+)
$u\tilde{u} - d\tilde{d}$	${\pi}^{0}$ (pion0)	${\rho}^{0}$ (ro0)	udd	n (neitron)	${\Delta}^{0}$ (del'ta0)
$u\tilde{u} + d\tilde{d}$	$\eta$ (eta)	w (omega)	ddd		${\Delta}^{-}$ (del'ta-)
$d\tilde{s}$	k⁰ (kaon0)	k^0* (kaon0*)	uus	${\Sigma}^{+}$ (sigma+)	${\Sigma}^{+}$ (sigma+)
$u\tilde{s}$	k⁺ (kaon+)	k^+* (kaon+*)	uds	${\Lambda}^{0}$	${\Sigma}^{0}$ (sigma0)
$\tilde{u}s$	k^- (kaon-)	k^-* (kaon-*)	dds	${\Sigma}^{-}$ (sigma-)	${\Sigma}^{-}$ (sigma-)
$c\tilde{d}$	D⁺ (de+)	D^+* (de+*)	uss	${\Xi}^{0}$ (ksi0)	${\Xi}^{0}$ (ksi0)
$c\tilde{s}$	D_s⁺ (de-es+)	D_s^+* (de-es+*)	dss	${\Xi}^{-}$ (ksi-)	${\Xi}^{-}$ (ksi-)
$c\tilde{c}$	Charmonii	$J/\psi$ (dzhei-psi)	sss	${\Omega}^{-}$ (omega-)
$b\tilde{b}$	Bottonii	Ipsilon	udc	${{\Lambda}_{c}}^{+}$ (lyambda-ce+)
$c\tilde{u}$	D⁰ (de0)	D^0* (de0*)	uuc	${{\Sigma}_{c}}^{++}$ (sigma-ce++)
$b\tilde{u}$	B^- (be-)	B^* (be*)	udb	$\Lambda_{b}$ (lyambda-be)

Nazad | Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: elementarnye chasticy - kvarki - fizika vysokih energii Publikacii so slovami: elementarnye chasticy - kvarki - fizika vysokih energii
Sm. takzhe: Bozon Higgsa: ob'yasnenie v komikse Svyaz' kvarkov s kosmosom: dvenadcat' nauchnyh voprosov dlya novogo veka Publichnaya lekciya laureata Nobelevskoi premii: Rozhdenie tvorcheskih idei Evolyuciya vselennoi Leptony Elementarnye chasticy Ee zvali Iks Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mnenie chitatelya [1]

Versiya dlya pechati

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

Fundamental'nye chasticy

Kvarkovaya model' adronov