Теория кварков

Термин "кварк" избран вовсе не произвольно. В романе Дж. Джонса "Поминки по Финнегану" герою снится сон, в котором чайки, парящие над бушующим морем, кричат резкими голосами: "Три кварка для мистера Марка!" Такая произвольность вполне созвучна с абстрактно-ненаочним характером понятий современных физических теорий.

Теория кварков - это теория строения адронов. Основная идея этой теории очень проста: все адроны построены из более мелких частиц - кварков. Кварки несут дробный электрический заряд, составляет или -1/3, или +2/3 заряда электрона. Комбинация из двух и трех кварков может мато суммарный заряд, равный нулю или единице. Все кварки имеют спин 1/2, следовательно, являются фермионами. Основоположники теории кварков Гелл-Манн и Цвейг, чтобы учесть все известные в шестидесятые pp. адроны, ввели три сорта (ароматы) кварков: и (от up - верхний), d (от down - нижний) и s (от strange - странный).

Кварки могут сочетаться между собой одним из двух возможных способов: либо тройками, или парами кварк - антикварк. Из трех кварков состоят сравнительно тяжелые частицы - барионы; наиболее известные барионы - нейтрон и протон. Более легкие пары кварк - антикварк образуют частицы, которые получили название мезонов. Например, протон состоит из двух u - и одного d кварка (uud), а нейтрон - из двух d- кварков и одного u-кварка (uud). Чтобы это "трио" кварков НЕ распадалось, необходима сила, которая их удерживала, некий "клей".

Оказалось, что итоговая взаимодействие между нейтронами и протонами в ядре представляет собой просто остаточный эффект более мощного взаимодействия между самими кварками. Это объясняет, почему сильное взаимодействие кажется столь сложной. Когда протон "прилипает" к нейтрона или иного протона, во взаимодействии участвуют шесть кварков, каждый из которых взаимодействует со всеми остальными. Значительная часть энергии расходуется на крепкое "склеивания" трио кварков, а небольшая - на скрепление двух трио кварков друг с другом.

То обстоятельство, что из различных комбинаций трех основных частиц можно получить все известные адроны, стала триумфом теории кварков. В 1969 г.. Удалось получить прямое физическое доказательства существования кварков в серии экспериментов по рассеянию на протонах электронов, разогнанных до высоких энергий. Эксперимент показал, что рассеяние электронов происходило так, будто электроны налетали на крошечные твердые вкрапления и отбивались от них под самыми невероятными углами. Такими твердыми вкраплениями внутри протонов является кварки. Но в семидесятые pp. были открыты новые адроны (пси-частицы, ипсилон-мезон и др.). Этим был нанесен ощутимый удар первому варианту теории кварков, поскольку в этом варианте теории уже не было места ни для одной новой частицы. Все возможные комбинации из кварков и их антикварков было уже исчерпан. Проблему удалось решить путем введения трех новых ароматов. Они получили название - charm (очарованный) или с; b-кварк (от beauty - красивый) впоследствии было введено еще один аромат - t (от truth - настоящий).

Кварки скрепляются между собой сильным взаимодействием. Переносят сильное взаимодействие глюоны (цветовые заряды). Раздел физики элементарных частиц, изучающая взаимодействие кварков и глюонов, носит квантовой хромодинамики. Как квантовая электродинамика является теорией электромагнитного взаимодействия, так квантовая хромодинамика является теорией, сильного взаимодействия.

В настоящее время большинство физиков считает кварки подлинно элементарными частицами - точечными, неделимыми и такими, которые не имеют внутренней структуры. В этом отношении они напоминают лептоны, и уже давно есть гипотеза, что между этими двумя различными, но сходными по своей структуре семействами должен существовать глубокая взаимосвязь. Таким образом, наиболее вероятное число на самом деле элементарных частиц (не считая частицы, переносят фундаментальные взаимодействия) на конец XX в. равна 48. Из них: лептонов (6x2) = 12 плюс кварков (6хЗ) х2 = 36.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >