Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Все остальные ароматы у него отсутствуют, т. е, соответствующие квантовые числа равны нулю. Антикварки отличаются от кварков противоположными значениями всех зарядов. Так, например, з-кварк характеризуется электрическим зарядом Я,= — 1/3, барионным зарядом В,=+1/3, значением странности 5= — 1, остальные ароматы у него отсутствуют, т. е. 1,=О, С=О, Ь=О, Т=О. Для антикварка г~,=+1/3; В,= — !/3; 5=+1; ),=С=Ь= =Т=О. Значения квантовых чисел кварков приведены в табл.
14. 4. Сильные и электромагнитные взаимодействия ие могут изменить индивидуальность кварков, т. е. они не меняют значения кварковых ароматов. Другими словами, в этих взаимодействцях имеют место законы сохранения ароматов (аналогичные закону сохранения барионного заряда). В процессах, обусловленных сильными и электромагнитными взаимодействиями, может происходить либо просто перегруппировка кварков, либо образование (уничтожение) кварк-антикварковых пар с определенными ароматами, либо и то и другое вместе.
5. Слабые взаимодействия играют в природе уникальную роль — они меняют индивидуальность кварков и могут *) Вопрос об изотопнческих ароматах является более сложным, н мы ие будем з дальнейшем говорить об их количественных характеристиках. '*) Выбор знака для различных «зарядов» всегда условный. Выбор величины 5= — ! для аромата странного кварка возник случайно и не носит физического характера, для Ыкваркз используется также название высший кварк, бз! х с с хо й с сМ о х й Ф х х с с х .й х х о- ' н х о о хх .й о со х о со о„" хо о х .й „с с с 3 с о х х х н 2: ) ° ,' с лЯ х '~ о о .й с У йо 2 ой .й с 'й х й 26 й2 .~О '4 ,. Ж ос- й хо о й 2 х й ййх л а х й" йо \ ! -и 'Е 2 о й с 622 о:х й л д с л х .й с '2с о х Д~ о с. 'о с хо сосо о хо х соус хсоо с с о с х х ойохс о х х с о с >~М» х 'с ' йй лЛ х й й И йй с1 й+ ~~ с 6 1й х й ох о с. й х о о с о х с й1 х х й с с,й оЦ со х 'о й о с о х н х' Ц й1 с о М"" Р с.
о о о х с ой 2 х й х о с с. й й 1о 2 й о х о о с й с Я 2 с х о о о с й х 2 с о х й' о й с с с хх .й й йй' н 2 х х о х~ х о с н 2 'й' о с со н о й сх2 о с хо с ноо охо с. с хо о ~~с~ с х х ос о с 5"- хЯ й хо с н о й х й' о х о о и х с о н с х х й ф с х ох л х . х = х =с о с Ж й' ох с.
х х схй сос К 2 с 2 о О, х сс Ф о 2 о О О о х о -Н ь о о "с с о ох х Ф,с о хо х с о о х о х о 2 о С сс с о о л х о с х о 'с. 'х Фх, с 2 о х х с'с д с Ф ох оо хо с с, од ~ сс а х х а Ф д 2ФО Ф д с х с х д сс Ф х х о?,о ,с ХС ооо о й Од 4~д о 2 ФР2 хо= х Ф с х 2 о сх 'с с Ф 2 2х л сс оо Ф о о Ф Ф х К о х х о с Ф Ф Ф2 од о од Ф о О х Ф О Ф Ф Ф ' сс с х О ~! Ф Ф д сс о ~! х2 »с с 2 'хо "аа. 3 ох сс О х Ф Ел, 2 с с х с с Ф о х а.
с Ф с од. Ф2 ФФ 22 од Фо Ф о Ф.'.-М- ххохо сс а. ада Ххххх ФФФ 2 сс х Ф х а, о.о..х Ф о о О ~до сс ~ 2 охххо :д а. х 2 х ха од одхо „~22 хд „ОКО о х Ф~ Ф ". од О ФХО. сс х Х сс О х х сх а.с" о Ф ~ 'с д ххдо С ад Х 0 ад~ах с х а.а ххххх о Ф С а ° х ха х „.'С,с сс О о ОД ( ФО:Ф х, сод о Фх хо Ф с ох( де д о л-ххо с 2 Дддхх ах х х ОоФФО Фа.с л и Х К Ф, с хохм~ сс ФЕ О О х Ф д ФФХ 2 О 'Ф о ~ Ф с" о с с К 2 О ю х $ Ф2 к о а 2Ф а. о Ф Ф с К О "С к а х о 2 сс о Фас" ~-~ о=- с' ООХК с 2л ахал ц Д Фоо=М хФод„о к о Охонх О,с ХФ х С а асс.с одах \с Ф ФК К охд Ф о2с О ало аокфх а одх ОХ~О"Ф сС С.
ХО оо» оо ФФОХО Х ОО с с я с 2 ;,хх=х а,со .с о ФО ~~У д о о 2 Х Ф переводить кварк с одним ароматом в кварк с другим ароматом. Таким образом, хотя ароматы несколько напоминают барионный заряд, между ними все же существует очень важное различие. Барнонный заряд сохраняется во всех пока нам известных процессах, в то время как ароматы обладают гораздо меньшей «устойчивостью» и сохраняются только в сильных и электромагнитных взаимодействиях. Поиски кварков с такими яркими и необычными свойствами в свободном состоянии проводились в большом количестве экспериментов и отличались значительным разнообразием и изобретательностью.
В частности, один из самых чувствительных экспериментов такого типа был проведен на Серпуховском ускорителе вскоре после его запуска. Другой очень красивый опыт, в котором искались частицы с дробными зарядами в окружающем нас веществе, представлял собой значительно усовершенствованный вариант опыта д1иллнкена по определению элементарного заряда (~ 197) и был выполнен физиками МГУ. Однако ни в одном из этих и других многочисленных экспериментов кварки найти не удалось.
Вместе с тем исследования свойств адронов все более и более убедительно показывали. что адроны действительно имеют сложную структуру и состоят из кварков. Об этом свидетельствовали опыты, в которых изучалось пространственное распределение электрического заряда и магнитного момента и было обнаружено внутреннее движение кварков в адронах. Удалось даже косвенным образом измерить электрические заряды кварков в адронах и убедиться, что они действительно являются дробными и соответствуют сделанным выше предположениям. Целый ряд соотношений между вероятностями образования или распада сильно- взаимодействующих частиц н многие другие данные также свидетельствуют о справедливости кварковой модели.
С помощью этой модели было предсказано существование ряда новых частиц с вполне определенными свойствами, и такие предсказания блестяще подтвердились на опыте. Весь этот богатый экспериментальный материал убедил ученых в том, что кварки действительно являются физической реальностью. Как же можно объяснить, что онн проявляются внутри адронов и не наблюдаются в свободном виде? Однозначного ответа на этот вопрос пока нет. Установлено, однако, что кварки связываются между собой особыми силами, которые обусловлены обменом частицами-глюонами, также не наблюдаемыми в свободном состоянии.
Эти силы «склеивают» кварки в адронах и носят, по-видимому, такой удивительный характер, что нн при каких соударениях пе позволяют кваркам вылететь пз адронов. Адроны могут «развалиться, с образованием многих других адронов, т. е. в процессе соударения может родиться много кварк-антикварковых пар, которые связываются затем в составные частицы. Однако свободные кварки пз начального адрона никогда не вылетают. Ситуация здесь несколько напоминает опыты с постоянными магнитами: растягивая пх, мы разламываем магниты. и прн этом образуются новые магнитные диполн, а не одиночные магнитные полюсы.
Проблема невылетания кварков н глюонов нз адронов, которая получила специальное название конг!кгинлгент (т. е. тюремное заключение), является одной из самых фундаментальных проблем физики элементарных частиц, и она еще ждет своего окончательного решения. й 240. Кварковая структура адронов. Сформулированные в б 239 основ.
ные положения кварковой модели позволя!от качественно объяснить все важнейшие особенвости адронных явлений. Применим эти положения к систематике адронов и посмотрим, какие типы сильно взаимодействующих частиц могут существовать согласно иварковым представлепням *). Рассмотрям прежде всего «ооычные частнцык в состав которых входят только и- и г)-кварки. Начнем с самых легких барионов — с протонов и нейтронов. Пра.
вильные значения квантовых чисел для этих частиц можно получить, если предположить, что нх кварковая струнтура имеет вид р л[ии4 и п=)ипн). Действительно, тогда барионные заряды этих настю) 1 В =В,=.з — ==1, а пх электричеснне заряды г«,=-2!2«+!2л=2Х 3 к — — — —.-1 и !с = !е —,2!ун= — — 2 — =О. протоны отличаются 2 1 2 1 3 3 " " ' 3 3 от нейтронов своими электрическими зарядами и значениями изотопических ароматов, Как унсе говорилось и в этой и в предыдущей гла., вах, протоны п нейтроны образуют нзотоцнческое семейство нуклонов, т.
е. частиц с очень близкими снойствамн. Для объяснения этого сходства надо предположить, что сильные взаимодействия и- в с)-кварков близки между собой и что кварьовые системы, которые отличаются друг от друга только заменой п.кварков на Н-кварки, очень сходны по сиоим основным характсрнстикам и образуют нзотоннческое семейство частиц. Отдельные члены тахого изотопического семейства можно рассматривать как различные зарядовые состояния одной и той же частацы 1в данном случае протон н нейтров — различные состояния нуклона).
Подтверж. денис такой картины можно получить, если рассматривать свойства мезовов, состоящих нз и- и д)-кварков и соответствующих антикварков. Здесь могут существовать системы с путевым барионным зарядом )нн), *) Содержание этого параграфа можно рассматривать как некого; рос поясненне к табл. !3. 21 Элемент«рима учебник фиэикн, т. 1 и б25 [«(и) и [ии| "[»й)«). Они обладают электрическими зарядами+11 — 1 и О.
Самые легкие такие системы — это Уже известные иам пни п-- и п«.мезоны, которые также образуют нзотопическое семейство п-мезонов. Интересно отметить, что и+- и и-.мезон — это частица и антича. стица (как видно из их кварковой структуры). и«-мезон как истинно- нейтральная частица (т. е. частица, у которой все заряды равны нулю) тождественна своей античастице. Принадлежность частицы и античастицы к одному нзотопвческому семейству является общим свойством всех мезонов, состоящих яз и- н и-кварков. Отнюдь не любые системы, имеющие один и тот же кварковый состав, должны быть близки между собой па свойствам и входить в одно изотопнческое семейство. Подобно тому как в а~омах могут сугцествовать основные н вазбужденныс состояния, так и в кварковых системах по.
мимо основных состояний с наименьшими массами возможны и «зозбужденньм состояния», характервзуюшиеся большими значениями масс. Если эти «возбуишенпые состояния» лежат достаточно высоко и могут, излучая п-мезоны, переходить в более низкие состояния, то такие переходы осуществляются благодаря сильным взаимодействиям. При этом «возбужденные состояния» имеют времена жизни, характерные для сильных взаимодействий ( 1О 'зс). Как уже говорилось рзньшс, обнаружено очень большое число таких «возбужденных» барноиов и мезоиов, котарые также группируются и свои нзотопическне семейства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
