goldin-novikova-vvedenie-v-kvantovuyu-fiziku-2002 (810754), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Таких барионов четыре: 1--ь 1ч- 10 Спин этих частиц равен 3/2. Первый из них несет двойной электрический заряд и состоит из трех и-кварков (3 х 2/3), второй несет одинарный положительный заряд и состоит из двух и-кварков и одного г!-кварка (2 х 2/3 — 1/3), третий состоит из одного и-кварка и двух г(-кварков (2/3 ч- 2 х ( — 1/3)) н четвертый — из трех г)-кварков (3 х ( — 1/3)). Представление о кварках и здесь является решающим.
Опо позволяет понять, почему дельта — барионов четыре, и объяснить их зарядовые состояния. У внимательного читателя должен был возникнуть вопрос: как могут три кварка — три фермиона — находиться в одном и том же квантовом состоянии? Мы имеем в виду Ь+~ и Аь -частицы. Возникает естественное предположение, что у кварков есть еще одно квантовое число, и три фермиона в Ь-частицах могут различаться по этому квантовому 4ЗО ГЛАВА 16 числу. Такое квантовое число, действительно, есть.
Оно носит название ц в е т а, хотя никакого отношения к цвету в оптическом понимании не имеет. В качестве «цветов» обычно выбирают желтый, синий и красный, Чтобы продолжить аналогию с нашими чувствами, принято говорить, что кварки разных типов отличаются друг от друга а р о м а т о м. Цвета кварков являются источником сил сильного взаимодействия — источником глюонов. Выше мы попутно подготовили ответ еще на один вопрос, который не мог не возникнуть у читателя: почему барионы состоят именно из трех кварков, а мезоны из кварка и антикварка? Ответ ца этот вопрос заключается в следующем: в п р и роде могут су шест зоват ь в свободном состоянии только бесцветные комбин а ц и и к в а р к о в.
Набор из трех цветов у кварков, содержащихся в барионах, составляет бесцветную комбинацию, аналогично тому, как белый цвет является комбинацией нескольких цветовых компонент. А в состав мезонов, которые также должны быть бесцветными, входит кварк, окрашенный в некоторый цвет и антикварк, окрашенный в соответствующий «антицвет», или, как принято говорить, в дополнительный цвет. Несколько исторических замечаний. Г!ервые «нестандартные» частицы были обнаружены при исследовании бета-распада ядер. При этих исследованиях был обнаружен позитрон, а вслед за ним появилась гипотеза о существовании нейтрино. Следующий шаг был сделан при исследовании космических лучей.
В космических лучах был обнаружен мюон, который сначала получил название д-мезона (в дальнейшем название мезонов, как вы уже знаете, полу ~или частицы, состоящие из кварка и антикварка, к числу которых мюон не относится), Мюон был обнаружен благодаря своему большому времени жизни (целых две микросекунды!), Из-за такого большого времени жизни мюоны, рожденные в верхних слоях атмосферы, успевают долетать до поверхности Земли, где они и были обнаружены. Космические частицы (в основном протоны больших энергий), взаимодействуя с верхними слоями атмосферы, вызывают ядерные реакции, в которых рождается множество быстро распадающихся частиц.
в том числе я-мезонов, а мюоны рождаются при их распаде. Обнаружение мюонов в космических лучах вызвало поток исследовательских работ по поиску других новых частиц. В космических лучах были обнаружены т- и К-мезоны. Однако, поток этих частиц слишком мал для серьезных исследований, и эти работы сейчас оставлены. Новые частицы, в том числе и- и Л -мезоны, сейчас генерируют на ускорителях, с устройством которых мы познакомимся в $ 88. В гл. !4 уже шла речь об изотопической инвариантности.
Там отмечалось, что массы и ядерные свойства протона и нейтрона так мало у 82. НекотОРые Резулътхты теОРии О!Иосителы10сти 431 отличаются друг от друга, что естественно рассматривать эти частицы как два состояния — заряженное и незаряженное — одной и той же частицы — нуклона, В рамках этой концепции протон и нейтрон отличаются друг от друга проекцией некоторой величины, которая получила название изотоп и ч еского спина. У протона эта проекция равна +112, а у нейтрона 112. Никакого отношения к обыкновенному спину изотопический спин не имеет.
Название «спин» используется в этом случае потому, что, как и у обыкновенного спина, его проекция квантуется и для спина 1/2 может принимать два значения: +112 и — 1,12. Изотопическая инвариантпость ядерных сил является следствием изотопической инвариантности кварков, а именно и- и ьг-кварков.
Как уже ясно из сказанного ранее, изотопический спин кварков равен 112. Его проекция может принимать два значения: -' 1/2 у и-кварка (и у д) и — 1 12 у д-кварка (и у й). Изотопический спин является аддитивным квантовым числом, так что изотопический спин системы равен алгебраической сумме спинов составляющих частиц, Так, изотопический спин барионов, состоящих из трех кварков пер в ого поколения, т.е.
мили г(-кварков, может быть равным 312 (Л-частицы) или 1/2 (нуклоны), а изотопический спин мезонов может равняться О или 1. ф 82. Некоторые результаты теории относительности Мы приведем здесь — без строгого вывода — некоторые утверждения и формулы теории относительности. Нас будут интересовать, главным образом, формулы, которые важны для понимания процессов генерации, взаимодействия и распада элементарных частиц. Начнем с координат и времени. В теории относительности, так же как в классической физике, считается, что равноправны все системы координат, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно.
Однако, в классической физике считается, что при переходе из одной такой системы в другую скорость света преобразуется по тем же формулам, что и всякая другая скорость, а в теории относительности — в согласии с опытом — считается, что во всех таких системах скорость света одинакова. Поясним это на примере. Пусть в некоторой системе свет движется на нас со скоростью с, а сама система движется па нас со скоростью (г. В классической физике полагается, что свет будет двигаться относительно нас со скоростью с + И, а в теории относительности считается, что он движется к нам все с той же скоростью с. Рассмотрим переход из одной равномерно и прямолинейно движущейся системы координат в другую, движущуюся относительно пер- 1 ЛАБА 16 432 вой.
Одну из них назовем «штрихованной», а другую — «нештрихованной», Пусть некоторое тело имеет в этих системах координаты т,', у', -' и т, у, ш Время в этих системах обозначим через С' и С, В классической физике считается, что во всех таких системах часы идут одинаково, так что С = С'. Как показывает анализ, это утверждение противоречит постоянству скорости света и должно быть заменено на другое: (16.8) где .« = (сС) — ш — у — з .
(16.9) В этом равенстве с, как всегда, обозначает скорость света. Величина з называется и н т е р в а л о и. Классическая физика возникает из релятивистской при предельном переходе с « ж, В самом деле, при этом члены, содержащие ад у и - в выражении для з~ перестают играть роль, и из формулы (16.8) сразу следует, что С = С'. Рассмотрим, как преобразуется время при переходе из штрихованной, «движущейся» системы в нештрихованную «неподвижную» систему координат. Пусть в «движущейся» системе раоотают часы, расположенные в начале координат. В этой систел«е координата часов все время равна нулю.
х' —.— у' =. г' — — О, (16,10) так что «' = сС' (16.11) Пусть измеренная в неподвижной системе скорость движущейся системы равна (г, и эта система движется от нас вдоль оси т. Пусть часы при наблюдении в неподвижной системе показали время С. Координата часов, измеренная в нештрихованной системе, равна л =- ИС. Чтобы понять, какое время измерит наблюдатель, движущийся вместе с часами, воспользуемся формулами (16.8) и (!6.9). з'~ .—...
(сС') .=- з .=- (сС) .(СгС)~, (16.12) так что С" = С'(1 — (1'С'с)'). (16.13) Итак, время С', которое показывают часы в движущейся вместе со штрихованной системой координат меньше, чем время С, измеренное наблюдателем, относительно которого часы движутся. Чтобы сформулировать полученный результат яснее, заметим, что при выводе формулы (16,13) мы считали, что в движущейся (штрихованной) системе координат часы неподвижны.
Система координат, связанная с рассматриваемым предметом (в нашем случае с часами), носит э 82. НекОтОРые РезУлымты теОРии ОтпОсите'!Ьности 433 название с о б с т в е н н о й, а время, измеренное в этой системе, называется с о б с т в е н н ы м в р е м е н е м. Итак, наш результат заключается в том, что медленнее всего идут часы, показывающие собственное время, Перепишем формулу (16.13) в более удобном виде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
