Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 196
Текст из файла (страница 196)
На этих частицах электроны резко меняют свои импульсы и энергии, сообщая их кварку, подобно тому как зто происходит с о-частицами при рассеянии на ядрах Выли открыты также и очарованные барионы. 5. История открытия нового кварка Ь аналогична истории открытия кварка с. В 1077 г. в Батавии (США) был открыт новый мезон, обозначенный через Т. Он возникал при бомбардировке мишени из меди и свинца пучком протонов с энергией 400 ГзВ. Этот сверхтяжелый мезон при массе тт характеризовался относительно малой шириной (около 0,04 МэВ).
Свойства новой частицы не укладывались в схему четырехкварковой модели, и пришлось ввести пятый кварк 6, который был назван прелестным, или красивым. (Адроньц в которые входит кварк Ь, называют красивыми, или прелестными.) Мазан Т является одним из возбужденных состояний связанной сисгемы ЬЬ со спинам 1. В дальнейшем мсзон Т и другие возбужденные состояния той же системы Т', Т", Т'о получались во встречных электрон-позитронных пучках., а на встречных рр-пучках в ЦЕРН (П1вейцария) был также обнаружен первый, самый легкий «красивый» барион Лг = ид6 массой 5400 МзВ.
Разность между числами Ь-кварков и их антикварков Ь называется ь7>агатой. Красота сахро.нлетсл при сильных и элекгпромагнитных вэаимодейсп«виях и моэ>сегп нарушаться при слабых. Если просмотреть все квантовые числа для адронов, то легко обнаружить, что электрический заряд адрона можно вычислить по формуле 6 110) Кварновал модель адронов 763 в опытах Резерфорда. О конечных размерах кварков эти опыты ничего не говорят. Из них можно заключить только, что во всяком случаю на расстояниях от силового центра больше 10 ю см кварки ведут себя еще как бесструктурные точечные частицы. Возможно, что за пятым кварком Ь и предполагаемым шестым 1 будут открыты и другие кварки.
Возможно, что увеличение числа кварков будет небольшим и ограничено общими принципами или внутренними свойствами симметрии элементарных частиц. Возможно, что и бесструктурность кварков отражает лишь достигнутый уровень исследования этих материальных объектов. 7. Многочисленные поиски свободных кварков, производившиеся на ускорителях высоких энергий, в космических лучах и окружающей среде, оказались безуспешными. В частности, кварки искали при измерении заряда капель по методу Миллнкена (1868-1953). Обнаружение капель с дробным зарядом свидетельствовало бы о присутствии кварка, так как дробный заряд кварка не мог бы быть компенсирован целочисленным зарядом электрона или иона.
Такие опыты производились в наше время с гораздо большей точностью, чем это мог делать Миллнкен. К отрицательному результату привел и очень точный масс- спектроскопический анализ воды, который дал для верхнего предела отношения числа свободных кварков к числу протонов величину порядка 10 зт. Сейчас большинство специалистов склоняется к тому, что в свободном состоянии кварки не существуют. Изак, кварковая модель предполагает, что кварки внутри адронов существуют, но опыт вынуждает признать, что вылететь оттуда и появиться в свободном состоянии они не могут. Такое положение называют английским словом «конфаймент», которое означает «пленение, тюремное заключениеь.
Кварк, получивший энергию в результате столкновения с электроном, нс вылетает наружу из адрона, а растрачивает ее на образование кварк-антикварковых пар.,т.е.на образование новых адронов, в основном мезонов. Одной из причин ненаблюдаемостн кварков в свободном состоянии, возможно, явлшотся их очень большие массы. Это препятствует рождению кварков при тех энергиях, которые достигаются на современных ускорителях. Не исключена возможность, что в свободном состоянии кварки принципиально не могут появиться в силу специфики их взаимодействия. Приводились доводы экспериментального и теоретического характера, согласно которым силы взаимодействия между кварками нс ослабевают с расстоянием.
Если это так, то для отделения их друг от друга требуются бесконечно большие энергии, прн которых такое отделение делается невозможным. Все это — только предположения, ни в какой степени не претендующие на достоверность н даже правдоподобность. 8. Волновые функции систем кварков, образующих барионы, должны быть автисимметричными, так как кварки имеют спин 1/2. Между тем встречаются барионы с одинаковыми ориентациями спинов: )Гл. ХЛ Элементарные частицы 764 Л««(и1итиу), й (е1еэеу), которые симметричны относительно перестановки кварков, если только последние не обладают какими-либо дополнительными характеристиками. Такие характеристики и пришлось ввести.
Они называются цве»лами. Каждый тип (аромат) кварка характеризуется тремя цветами. Им условно присвоили названия: красный Л (гед), зеленый С (йгееп) и голубой В (Ыие). Антикваркам присвоили аятицвегпа й, С, В. Каждый антнцвет является дополнительным к своему цвету, так что комбинации ЛЯ, СС, ВВ считаются бесцветными (белыми). Точно также бесцветной будет и комбинация ЛЯ+ СС+ -~- ВВ. По современным представлениям сильные взаимодействия осуществляются путем обмена между кварками безмассовыми частицами со спинам 1 и нулевой массой покоя.
Эти частицы называются глюонами. Предполагается существование восьми глюонов, обладающих характеристикой «цвет». Обмен глюонами между кварками меняет их цвет, но оставляет неизменными все остальные квантовые числа (электрический заряд,странность,очарование, красоту),т.е.сохраняет аромат кварка. Каждый глюон содержит цвет и антицвет. Из трех цветов и антицветов можно составить всего девять комбинаций: ВВ, ВС, ЯВ., СВ, СС, СВ, Вй, ВС, ВВ. Каждой из таких комбинаций соответствует глюон. Цвет, подобно электрическому заряду, сохраняется. Поэтому шесть недиагональных явно окрашенных комбинаций не могуг перемешиваться между собой.
Три диагональные комбинации бесцветны, и перемешивание их между собой не меняет цвет. Каждая из диагональных комбинаций может быть получена путем линейной суперпозиции двух остальных комбинаций. Существует, следовательно, всего восемь соответствующих им глюонов. Представим схематически взаимодействие между кварками путем обмена глюонами. Будем изображать красный, зеленый и голубой кварки любого аРомата символами «7л., «1в, дв (д = и, д, в, с, Ь, 1).
Тогда взаимодействие между красным и зеленым кварками запишется так: «7л ~ «7п+ «7нп Яс+ «7ла ~ «7л. Первое равенство означает, что красный кварк испустил красно-зеленый глюон и превратился в зеленый кварк в,. Второе означает, что зеленый кварк, поглотив красно-зеленый глюон, превратился в красный кварк. Изложенное имеет весьма формальный характер, а главное в общей физике не имеет каких-либо конкретных применений. Поэтому нет смысла заниматься этим дальше. Соответствующие вопросы относятся к специальной теоретической дисциплине — квантовой хромодинамике 1КХД).
5 110) Коарнооал модель адроноо 765 9. В заключение заметим, что к настоящему времени Вайнберг (р. 1915), Салам (р. 1926) и Глэшоу (р. 1932) создали теорию, в когорой электромагни гное и слабое взаимодействия объединены в единое электрослабое озаимодейстоие. На расстояниях от силового центра, меньших радиуса действия слабых сил (10 ~а см), различие между электромагнитными и слабыми взаимодействиями исчезает. На больших рассгояниях, однако, сохраняется различие между ними, так что старая теория остаатся в силе. Мы не можем входить в рассмотрение этих вопросов по существу, так как они далеко выходят за пределы общего курса физики.
Отметим ташько, что за последние 15 — 20 лет в физике элементарных частиц произошли революционные открытия. 1. Достоверно установлено существование структуры у сильновзаимодействующих частиц — адронов (в том числе протона и нейтрона). Модель кварков не только объясняет систематику адронов, но и динамику их взаимодействия. На основе модели кварков предсказаны существование и свойства большого числа частиц, обнаруженных затем экспериментально. 2. Установлена общая природа электромагнитных и слабых взаимодействий.
Открьггы переносчики слабых взаимодействий; %Я- и Еа-бозоны. 3. Создана теория сильного взаимодействия кварков квантовая хромодинамика. Подтверждены экспериментально свойства переносчиков этих взаимодействий — глюонов (в частности, спин 1). Предсказания КХД (в той области, где применима теория возмущений) блестяще подтверждаются на опыте. 4. Поставлен вопрос о единой природе всех сил (Великое объединение).
5. Обнаружена глубокая связь между физикой элементарных часгиц и космологией. Таблицы 767 Ш. Квазнстабнльные мезоны ') (,ТР = О г, Х = О, Ю = О) цас ~ ~Квар- Основные каналы распада Масса, МэВ Время жизни, с С Т То ковыи тица состав р ~ он (й„) (100 %) уу (98,8%) л иг1(гуи) 2,603 10 о 0,83 10 0 1 139,567 134,963 0 1 О~ ии, ~И, 0,7. 10 0 0 548,8 оо улгон (63,5%) го+ко (22 2 ог) 1,237 10 " К+ ~ ~ио 4-1гг2 496,67 0 1/2 Ка гг' гг ~л (5,6%) лтл (68,8%) ло гго (31 4 %) 0.,89 10 ггз Ко — 1гг2 0 1У2 497,7 5,18 10 К Х+К Х ( 50%) е+ Х (20%) 9 10 +1 1гг2 4-1гг2 1869 К Х (15%) К ггтл~ (10%) Во ~ си -~-1 1г2 1865 гт~ сз 2.10 +1 +1 0 2021 ') Символом Х обозначены другие частицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
