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

Iz naibolee izuchennyh v nastoyashee vremya mezonov i mezonnyh rezonansov naibol'shuyu gruppu sostavlyayut legkie nearomatnye chasticy, u kotoryh kvantovye chisla S = C = B = 0. V etu gruppu vhodyat okolo 40 chastic. Tablica 3 nachinaetsya s pionov ${\pi}^{\pm , 0}$ , otkrytyh angliiskim fizikom S.F. Pauellom v 1949 godu. Zaryazhennye piony zhivut okolo 10^-8 s, raspadayas' na leptony po sleduyushim shemam:

${\pi}^{+} \rightarrow {\mu}^{+} + \nu_{\mu}$ i ${\pi}^{-} \rightarrow {\mu}^{-} + \tilde{\nu_{\mu}}$

Ih "rodstvenniki" v tabl. 3 - rezonansy ${\rho^{\pm , 0}}$ (ro-mezony) imeyut v otlichie ot pionov spin J = 1, oni nestabil'ny i zhivut vsego okolo 10^-23 s. Prichina raspada ${\rho^{\pm , 0}}$ - sil'noe vzaimodeistvie.

Prichina raspada zaryazhennyh pionov obuslovlena slabym vzaimodeistviem, a imenno tem, chto sostavlyayushie chasticu kvarki sposobny ispuskat' i pogloshat' v rezul'tate slabogo vzaimodeistviya na korotkoe vremya t v sootvetstvii s sootnosheniem (4) virtual'nye kalibrovochnye bozony: $u \rightarrow d + {W}^{+}$ ili $d \rightarrow u + {W}^{-}$ , prichem v otlichie ot leptonov osushestvlyayutsya i perehody kvarka odnogo pokoleniya v kvark drugogo pokoleniya, naprimer $u \rightarrow b + {W}^{+}$ ili $u \rightarrow s + {W}^{+}$ i t.d., hotya takie perehody sushestvenno bolee redkie, chem perehody v ramkah odnogo pokoleniya. Vmeste s tem pri vseh podobnyh prevrasheniyah elektricheskii zaryad v reakcii sohranyaetsya.

Izuchenie mezonov, vklyuchayushih s- i c-kvarki, privelo k otkrytiyu neskol'kih desyatkov strannyh i charmirovannyh chastic. Ih issledovanie provoditsya seichas vo mnogih nauchnyh centrah mira.

Izuchenie mezonov, vklyuchayushih b- i t-kvarki, intensivno nachalos' na uskoritelyah, i my poka ne budem govorit' o nih bolee podrobno.

Pereidem k rassmotreniyu tyazhelyh adronov, to est' barionov. Vse oni sostavleny iz treh kvarkov, no takih, u kotoryh imeyutsya vse tri raznovidnosti cveta, poskol'ku, tak zhe kak i mezony, vse bariony bescvetny. Kvarki vnutri barionov mogut imet' orbital'noe dvizhenie. V etom sluchae summarnyi spin chasticy budet prevyshat' summarnyi spin kvarkov, ravnyi 1/2 ili 3/2 (esli spiny vseh treh kvarkov parallel'ny drug drugu).

Barionom s minimal'noi massoi yavlyaetsya proton p (sm. tabl. 3). Imenno iz protonov i neitronov sostoyat vse atomnye yadra himicheskih elementov. Chislo protonov v yadre opredelyaet ego summarnyi elektricheskii zaryad Z.

Drugoi osnovnoi chasticei atomnyh yader yavlyaetsya neitron n. Neitron nemnogo tyazhelee protona, on neustoichiv i v svobodnom sostoyanii so vremenem zhizni okolo 900 s raspadaetsya na proton, elektron i neitrino. V tabl. 3 pokazano kvarkovoe sostoyanie protona uud i neitrona udd. No pri spine etoi kombinacii kvarkov J = 3/2 obrazuyutsya rezonansy ${\Delta}^{+}$ i ${\Delta}^{0}$ sootvetstvenno. Vse drugie bariony, sostoyashie iz bolee tyazhelyh kvarkov s, b, t, imeyut i sushestvenno bol'shuyu massu. Sredi nih osobyi interes vyzyval ${\Omega}^{-}$ -giperon, sostoyashii iz treh strannyh kvarkov. On byl otkryt snachala na bumage, to est' raschetnym obrazom, s ispol'zovaniem idei kvarkovogo stroeniya barionov. Byli predskazany vse osnovnye svoistva etoi chasticy, podtverzhdennye zatem eksperimentami.

Mnogie eksperimental'no nablyudennye fakty ubeditel'no govoryat seichas o sushestvovanii kvarkov. V chastnosti, rech' idet i ob otkrytii novogo processa v reakcii soudareniya elektronov i pozitronov, privodyashei k obrazovaniyu kvark-antikvarkovyh strui. Shema etogo processa pokazana na ris. 4. Eksperiment vypolnen na kollaiderah v Germanii i SShA. Na risunke pokazany strelkami napravleniya puchkov e⁺ i e^-, a iz tochki ih stolknoveniya vylet kvarka q i antikvarka $\tilde{q}$ pod zenitnym uglom $\theta$ k napravleniyu poleta e⁺ i e^-. Takoe rozhdenie pary proishodit v reakcii

${e}^{+} + {e}^{-} \rightarrow \gamma_{\mbox{virt}} \rightarrow q + \tilde{q}$ .

(5)

Kak my uzhe govorili, zhgut silovyh linii (chashe govoryat struna) pri dostatochno bol'shom rastyazhenii rvetsya na sostavlyayushie. Pri bol'shoi energii kvarka i antikvarka, kak govorilos' ranee, struna rvetsya vo mnogih mestah, v rezul'tate chego v oboih napravleniyah vdol' linii poleta kvarka q i antikvarka $\tilde{q}$ obrazuyutsya dva uzkih puchka vtorichnyh bescvetnyh chastic, kak eto pokazano na ris. 4. Takie puchki chastic nazvany struyami. Dostatochno chasto na opyte nablyudaetsya obrazovanie treh, chetyreh i bolee strui chastic odnovremenno.

Shema rozhdeniya dvuh kvarkovyh strui v reakcii elektron-pozitronnoi annigilyacii

Ris. 4.Shema rozhdeniya dvuh kvarkovyh strui v reakcii ${e}^{+} + {e}^{-} \rightarrow {\gamma}_{\mbox{virt}} \rightarrow q + \tilde{q}$

V eksperimentah, kotorye provodilis' pri sverhuskoritel'nyh energiyah v kosmicheskih luchah, v kotoryh prinimal uchastie i avtor etoi stat'i, polucheny kak by fotografii processa obrazovaniya mnogih strui. Delo v tom, chto zhgut ili struna odnomerny i poetomu centry obrazovaniya treh, chetyreh i bolee strui takzhe raspolagayutsya vdol' pryamoi linii [Zhdanov G.B., Maksimenko V.M., Slavatinskii S.A., 1984].

Teoriya, opisyvayushaya sil'nye vzaimodeistviya, nazyvaetsya kvantovoi hromodinamikoi ili sokrashenno KHD. Ona gorazdo slozhnee teorii elektroslabyh vzaimodeistvii. Osobenno uspeshno KHD opisyvaet tak nazyvaemye zhestkie processy, to est' processy vzaimodeistviya chastic s bol'shoi peredachei impul'sa mezhdu chasticami. Hotya sozdanie teorii eshe ne zaversheno, mnogie fiziki-teoretiki uzhe seichas zanyaty sozdaniem "velikogo ob'edineniya" - ob'edineniya kvantovoi hromodinamiki i teorii elektroslabogo vzaimodeistviya v edinuyu teoriyu.

V zaklyuchenie kratko ostanovimsya na tom, ischerpyvayut li shest' leptonov i 18 raznocvetnyh kvarkov (i ih antichasticy), a takzhe kvanty fundamental'nyh polei - foton, ${W}^{\pm}$ -, Z⁰-bozony, vosem' glyuonov i, nakonec, kvanty gravitacionnogo polya - gravitony ves' arsenal istinno elementarnyh, tochnee, fundamental'nyh chastic. Po-vidimomu, net. Skoree vsego, opisannye kartiny chastic i polei sut' otrazhenie lish' nashih znanii v nastoyashee vremya. Nedarom uzhe seichas est' mnogo teoreticheskih idei, v kotorye vvodyatsya bol'shaya gruppa eshe na nablyudennyh tak nazyvaemyh supersimmetrichnyh chastic, oktet sverhtyazhelyh kvarkov i mnogoe drugoe.

Ochevidno, sovremennaya fizika eshe daleka ot postroeniya zavershennoi teorii chastic. Vozmozhno, byl prav velikii fizik Al'bert Einshtein, polagaya, chto lish' uchet gravitacii, nesmotrya na ee seichas kazhushuyusya maluyu rol' v mikromire, pozvolit postroit' stroguyu teoriyu chastic. No vse eto uzhe v XXI veke ili eshe pozzhe.

Recenzent stat'i L.I. Sarycheva

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