Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 119
Текст из файла (страница 119)
Легко проверить, что эта реакция разрешена и законом сохранения электрического заряда (электрический заряд протона — -1, а антипротона - -1). Однаьо реакция Р+л ь Р+Р-БР (239. 2) хотя в ней также сохраняется электрический заряд, оказывается запрещенной из-за несохрапения барионного заряда (У — -2Ф~В=1).
О других законах сохранения мы ннчнльн ноньче будем говорить ниже. Установление закономерностей внутреннего строения элементарных частиц является одной из важнейших проблем современной физики. Для решения этой проблемы имеет большое значение создание четкой систематики частиц, в известном смысле напоминающей периодическую таблицу. !1ервый шаг в этом направлении был сделан, когда удалось выяснить, что адроны группируются в очень близкие по своим свойствам небольшие семейства частиц "), отдельные члены которых различаются между собой в основном своими электромагнитными свойствами — зарядами, магнитными моментами.
11римерами таках семейств являются уже известные нам нуклоны (протоны, нейтроны) или лмезоны (л', л, л'). Однако число изотопических семейств также очень велико — превьппает сотню. Эти семейства в свою очередь объединяются в более обширные и сложные группы. Частицы, входящие в подобные группы, обнаруживают между собой заметное сходство, хотя и не являются столь «близкимн родственниками», как члены одного изотопического семейства. В основе таких объединений лежит определенная близость или какая-то закономерная связь между основными параметрами, характеризующими частицы. Эти параметры называют обычно квантовыми числами элементарных частиц. Квантовыми числами адронов прежде всего являются их массы, электрические заряды, спины, магнитные моменты, времена жизни, значения барионного заряда.
Однако это далеко не все. Бариониые и электрические заряды — это не единственные «зарядьм, характеризующие сильновзаимо- *! Оии называются изотопическими семействами — по некоторой аналогии с изотопами заемеитов, близкими между собой по свойствам . действующие частицы, Было установлено экспериментально, что в ряде реакций некоторые адроны рождаются целыми группами — из двух или даже иескольквх частиц.
Здесь наблюдается определенное сходство с процессами образования барнонов и антибарионов, которые, как мы видели выше, никогда не рождаются поодиночке. Закономерности, связанные с парным образованием оарионов и антиоариоиов, вместе с даннымп по стабильности нуклонов как раз и показали, что барионы характеризуются сохраняющимся квантовым числом — барпоиным зарядом. Но рождение групп новых частиц )оке нельзя объяснить, пользуясь только законами сохранения электрического и оарионного зарядов. Опыты показали, что существуют процессы, прн которых протон переходит в другой оарнон (так что барионный заряд сохраняется), по прн этом обязательно образуются и новые типы мезонов. Все это заставило предположить, что у некоторых адронов существуют новые специфические квантовые шола, новые «заряды», которые до известной степени напоминак«т барионный заряд и могут иметь дискретные положительные, нулевые и отрицательные значения.
Эти новые заряды получили оощее название ароматов. Отдельные ароматы получили наименования етраннотпь, - очарование. прелесть и т. д. Некоторые такие названия носят исторический характер. Так. в 50-х годах, когда были открыты первые необычные частицы, их свойства казались очень загадочными в свете существовавших тогда представлений. Отсюда возникло название странные чао|пицы, Когда иге загадки были объяснены введением нового квантового числа, то этот новый «заряд» и получил название странность.
В целом же обилие экзотических наименований в физике элементарных частиц (кварк, аромат, странность, очарование и т. д.) отражает пристрастие физиков, работающих в этой области, к ярким, запоминающимся и образным выражениям, которые звучат загадочно н красиво на всех языках и вместе с тем напоминают нам о том, что природа соответствующих объектов еще ие понята до конца и, возможно, таит в себе много неожиданного. Общие характеристики некоторых сильновзаимодействующих частиц приведены в табл.
13, которая в дальнейшем будет обсуждаться более подробно. В этой таблипе, однако, содержится очень малая часть всех известных адронов — только сравнительно долгоживущие частицы, распадающиеся благодаря слабым взаимодействиям (или под действием электромагнитных сил). Большинство адронов„ 617 и -4 й 1 И 111 Е1 ~ 0$ 1( ' ей 'И 'Ы Н 11ьи ссс с с ссс с. осссосеа1 С 1' .' Х сн - -и си с1 ас с се с: х1 . с 111 аеее1 ьаиееи и С '-' Ы о с -' аь с- о сссоос соссссс с с с ссс с1 01 1 1 о х ы с с ссс 0 еа1 О е Ы Н1 х -1 О с И с 1 х х И ( ИОИ о — с — с —— о с Ендее Лиденаео "ИИИ11Е1З нониид ы х х х Ь х и о М ь Е Еес (яноданни) хнонЕед ВНО хнОЕЭК -иде~ хНОЕЭЩ ь о а о 2 о о О 1 н хи и 1 еь1пн1 ньслеесц ннн1нин1еьЕ1 нсоннееьд енине ихннонеед 2 ':-' о ос а со с ио о н 11 еб— 1 с1 ° а '1' с со С1 2 о "1 0 1= и' о 'О и о О х с с с с х 1 -о х х о О 0 1" О ьХ О.
ы 2 о ьх н. 11 И1 й1 ы Я х е Е 1 х и х 1 ы О ы ас х О О х х ы лк )) < "в во с в о в ек с к ~ 77) ,2 с~ „ о 2 $ о." Хо О О а у в ~,Я С~ ~~: с» ООО О се сн ЕО Со СВ О аа се :в ев О С О О О +++ О О ООО у и о* с к ка"в ккв2 0 в с к О к к. к «2к '"о к ( 2 к сц со о о О аа;, + + а. ~2 С~ и„ вввивд й Ц О 2 о д о о л 2 к к смноеаес яновах к о Й„".
«2 ( к 619 яниаавлиаи9 Ы!яею еааеХ евваеабц анневабелса ввааннеово менее Н|внноннед Ивнев лидсмавЕ (санов~анна асвннваос)вло) евноийед а са. О а а к к о « х в ко ко е" «у 0 к к х к к 2 а у с х к М кк к 0 К а- а . Д' к св~ к «охх « -о у хк~ :в к к, к«О а.
2 х к 2 к Х Кок са е 3«2 о к а' к х кдк к Я с се) о х о. у ° е Х ко коса кко к к а. у с „о с о к ккх о. к Сук О Х .в х х как уже говорилось выше, распадаются из-за сильных взаимодействий, и их времена жизни лежат в области !О "— 10 "-' с. Важно подчеркнуть, что эти короткоживущие адроны принципиально ничем не отличаются от долгоживущих частиц.
й(ы ограничились в табл. ! 3 одними долгоживущими частицами, так как, если попытаться включить в нее все известные адроны. то таблица превратится в целую орошюру. Огромное число обнаруженных адронов и определенная их группировка по разным классам и семействам более или менее близких по свойствам объектов заставляет усомниться в элементарном характере этих частиц. Наисолее естественное объяснение группировапия адронов в семейства, представления о природе и структуре этих семейств, а также объяснения многих других свойств адронной материи были получены в квалковой модели сл~рогнал адронов.
Основные положения этой модели могут быть сформулированы следующим образом. 1. Адроны нельзя рассматривать как элементарные частицы в подлинном смысле это~о слова. Они имеют сложную внутреннюю структуру и, наподобие атомных ядер, являются связанными системами из истинно-элементарных или фундаментальных частиц. Фундаментальные структурные элементы, входящие в состав адронов, получили название кварков *). 2.
Систематика адронов (т. е. изучение состава и свойств «родственных семейства, в которые группируются адроны) позволила установить, что все известные оарионы состоят из трех кварков (В=!д,д.,д,!), аптибарионы — из трех антикварков (В=!д,д,.дз!), а все мезоны — из кварка и антикварка (М=!д,д,!).
Оказалось, что кварки должны обладать очень необычными свойствами. Так как барионный заряд у барионов В= — ! (у антибариоиов В= — 1), то из кварковой структуры барионов следует, что барионный заряд кварков дробный: В«=-1!3; В-= — 1 3. Электрический заряд кварков тоже должен быть дробным (если за единицу принять элементарный заряд): Я =+2(3 или — 1/3 (Д; = — 2!3 или + 1,'3). Только в этих предположениях можно объяснить квантовые числа и свойства всех адронов.
3. Существуют не менее 6 типов кварков, каждый из которых является носителем определенного нового кванто- а) Это название принадлежит американскому физику Мюррею Гелл-Манну (р. !929 г.), впервые введпзему представление о кварковой структуре адронов, ного числа — адронного аромата, Эти кварки получили следующие названия: и-кварк (верхний кларк) ' носители «изотопических ароматов» й-кварк (нижний капри) г',=+1)2 для и-кварка и 7,= = — 1/2 для й-кварка ") л-кварк (сбчранный кварк) носитель аромата странности В= — 1 с-кварк (очарованный кварк) носитель аромата очарования С=+1 Ь-кварк (прелестный кварк) носитель аромата прелести Ь=+1 Ькварк (ислгинный кварк) носитель аромата истинности Ф з) Подчеркнем, что каждый кварк несет только один аромат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
