Kvarki

Osnovnye harakteristiki kvarkov

Oboznachenie	Nazvanie sorta kvarka [ego aromat]	Elektricheskii zaryad	Barionnyi zaryad
d	down - vniz*	-1/3	+1/3
u	up - vverh*	+2/3	+1/3
s	strange - strannyi [strannost', S= -1]	-1/3	+1/3
c	charm - ocharovannyi [ocharovanie, C= +1]	+2/3	+1/3
b	beauty - krasivyi (prelestnyi) [krasota (prelest'), V =+1]	-1/3	+1/3
t	top - verhnii**, truth - pravdivyi	+2/3	+1/3

* Nazvanie aromata otsutstvuet, i sootvetstvuyushee additivnoe kvantovoe chislo ne upotreblyaetsya.
** Obsheprinyatogo nazvaniya aromata net.

Sushestvuet, po krainei mere, pyat' sortov razlichnyh K. (sm. tabl.). Predpolagaetsya sushestvovanie shestogo K. - t-kvarka. K. prinyato harakterizovat' t.n. aromatom (strannost'yu, ocharovaniem, krasotoi, prelest'yu), t.e. specifich. zaryadom (additivnym kvantovym chislom, ne yavlyayushimsya istochnikom vzaimodeistviya). Aromat K. perenositsya na chasticy, v sostav k-ryh vhodit dannyi K. Velichina etogo zaryada pozvolyaet klassificirovat' razlichnye adrony (napr., adrony so strannost'yu -1, adrony s ocharovaniem +1). Poskol'ku K. i ego antikvark imeyut vse zaryady protivopolozhnyh znakov, v istinno neitral'nyh mezonah, sostoyashih iz K. i sootvetstvuyushih antikvarkov, aromat K. yavno ne proyavlyaetsya. Takie mezony obladayut skrytym aromatom. Napr., -chastica s massoi 3,095 GeV, sostoyashaya iz ocharovannogo c-kvarka i ego antikvarka, obladaet skrytym charmom (ocharovaniem). V sil'nyh i el.-magn. vzaimodeistviyah aromat K. sohranyaetsya, t.e. sohranyaetsya polnoe chislo K. dannogo aromata minus chislo sootvetstvuyushih antikvarkov. Poetomu v processah sil'nogo i el.-magn. vzaimodeistvii strannye, ocharovannye, krasivye i t.p. chasticy mogut obrazovyvat'sya tol'ko parami. Napr., -giperon, v sostav k-rogo vhodit s-kvark, obrazuetsya v adronnyh stolknoveniyah (processah sil'nogo vzaimodeistviya) tol'ko v pare s K⁺- ili K⁰-mezonami, v sostav k-ryh takzhe vhodit -kvark. Aromat K. mozhet izmenyat'sya tol'ko v processah slabogo vzaimodeistviya. Napr., v -raspade neitrona np+e proishodit prevrashenie d-kvarka neitrona v u-kvark konechnogo protona.

Pervonachal'no v sostavnyh modelyah K. vystupali skoree kak udobnyi element teoretich. opisaniya simmetrii adronov i ih vzaimodeistvii, nezheli kak real'nye fiz. ob'ekty. Vopros o real'nosti sushestvovaniya K. uslozhnyalsya tem, chto svobodnye K. ne byli obnaruzheny ni v eksperimentah na uskoritelyah, ni v kosmicheskih luchah. Etot vopros, po-vidimomu, razreshaetsya sovr. teoriei sil'nogo vzaimodeistviya - kvantovoi hromodinamikoi (KHD) (sm. Zaryad, Elementarnye chasticy). Eta teoriya osnovana na predpolozhenii, chto K. kazhdogo sorta (aromata) vystupayut v treh razlichnyh modifikaciyah, harakterizuemyh novym specifich. sv-vom - t.n. cvetom (krasnym, sinim ili zelenym). Cvet K. yavl. strogo sohranyayushimsya zaryadom, chto pozvolyaet estestvennym obrazom vvesti vzaimodeistvie mezhdu K., obuslovlennoe nalichiem u nih cvetovogo zaryada. Vzaimodeistvie K. proishodit za schet obmena kvantami cvetovogo polya - glyuonami. Napr., krasnyi K., ispuskaya glyuon, prevrashaetsya v sinii K. Poskol'ku glyuony obladayut cvetovym zaryadom, oni sami yavl. istochnikom glyuonnogo polya. Eto sv-vo glyuonov privodit k specifich. zakonu izmeneniya vzaimodeistviya K. s rasstoyaniem. Na malyh rasstoyaniyah ( sm) vzaimodeistvie mezhdu K. v nuklone prakticheski otsutstvuet. S uvelicheniem rasstoyaniya mezhdu K. ih cvetovoe vzaimodeistvie rastet. Na rasstoyaniyah ~ 10¹³ sm cvetovoe vzaimodeistvie stanovitsya stol' sil'nym, chto prepyatstvuet dal'neishemu uvelicheniyu rasstoyaniya mezhdu K. (ili glyuonami, mezhdu k-rymi deistvuyut te zhe cvetovye sily). Tak ob'yasnyaetsya svyazyvanie ili uderzhanie (konfainment) K. i glyuonov v adronah ("nevyletanie" svobodnyh K. i glyuonov iz adronov). Cvetovoi zaryad K. (i antikvarkov), svyazannyh v adrony, polnost'yu ekraniruetsya. Adrony yavl. belymi (bescvetnymi - ne imeyushimi cvetovogo zaryada) sostavnymi chasticami.

KHD pozvolyaet opisyvat' ne tol'ko sostoyaniya adronov, no i processy vzaimodeistviya, v k-ryh oni uchastvuyut. Pri takom opisanii reakciya s uchastiem adrona rassmatrivaetsya kak sovokupnost' kvarkovyh processov. Predpolagaya, chto kvarkovye processy proishodyat odinakovo v razlichnyh adronah, mozhno poluchit' svyaz' mezhdu secheniyami reakcii razlichnyh elementarnyh chastic, k-raya horosho soglasuetsya s eksperimental'nymi dannymi. Soglasno KHD, nablyudaemye processy annigilyacii elektronov i pozitronov vysokih energii s obrazovaniem adronov proishodyat v dva etapa. Na pervom etape elektron i pozitron annigiliruyut v paru, sostoyashuyu iz bystryh K. i antikvarka. Na vtorom etape v rastushem s uvelicheniem rasstoyaniya mezhdu obrazovavshimisya K. i antikvarkom glyuonnom pole nachinaetsya rozhdenie par K. i antikvarkov. Nachal'nye K. i antikvark, vzaimodeistvuya s vtorichnymi K., antikvarkami i glyuonami, formiruyut dve strui adronov, sohranyayushie napravlenie dvizheniya nachal'nyh K. i antikvarka. Nablyudenie dvuh adronnyh strui na vstrechnyh elektron-pozitronnyh puchkah mozhet poetomu rassmatrivat'sya kak dokazatel'stvo sushestvovaniya K. i antikvarkov.

Yadernaya materiya kak sovokupnost' vzaimodeistvuyushih K. i glyuonov mozhet realizovyvat'sya v astrofizich. usloviyah pri temp-rah K (300 MeV) ili pri plotnostyah, prevyshayushih 10¹⁵-10¹⁶ g/sm³. Takie usloviya mogut sushestvovat' v sverhplotnom veshestve v nedrah neitronnyh zvezd i na ochen' rannih stadiyah rasshireniya Vselennoi (sm. Model' goryachei Vselennoi). Esli by K. mogli sushestvovat' v svobodnom sostoyanii, to chast' kosmologich. K. mogla by sohranit'sya vo Vselennoi k nastoyashemu vremeni. Raschety koncentracii etih reliktovyh svobodnyh K. v sovr. Vselennoi pokazali, chto predpolozhenie o vozmozhnosti sushestvovaniya svobodnyh K. protivorechit vytekayushim iz nablyudenii ogranicheniyam na ih dopustimuyu koncentraciyu. Etot rezul'tat stal odnim iz vazhneishih argumentov v pol'zu gipotezy ob otsutstvii K. v svobodnom sostoyanii.

V processah sil'nogo, slabogo i el.-magn. vzaimodeistvii polnoe chislo K. (kolichestvo K. minus kolichestvo antikvarkov) dolzhno sohranyat'sya vsledstvie sohraneniya barionnogo zaryada v etih vzaimodeistviyah. Odnako v razvivayushihsya v poslednee vremya modelyah edinoi teorii polya predskazyvaetsya sushestvovanie novyh tipov processov vzaimodeistviya elementarnyh chastic, ne sohranyayushih chislo K. i, sledovatel'no, barionnyi zaryad. Tak, predskazyvaetsya process , k-ryi mozhet vyzyvat' raspad protona s vremenem zhizni let (sm. Velikogo ob'edineniya modeli).

(M.Yu. Hlopov)