mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 66
Текст из файла (страница 66)
могут испускать н поглощать глюоны подобно тому, как электрически заряженные частицы испускают и поглощают фотоны. Глюон 'имеет нулевой из оспин Т = О. Его дрруггие свойства аналогичны свойствам фотона: из=О, я=О, 1 =1 . Однако в отличие от электрически нейтральных фотонов глюоны заряжены, т. е., так же как и их источники — кварки, обладают цветовыми зарядами. При этом поскольку глюоны являются переносчиками взаимодействия между кварками и антик варками любого цвета, «расцветка» всех восьми глюонов должна быть различной и двухцветной: красный-антикрасный, красный-антнсиний, красный-антизеленый н т. и. Унитарные преобразования, описывающие изменение цветового состояния кварка, образуют точную (ненарушенную) группу о1.1(3). Благодаря наличию цветового заряда глюоны не только осуществляют взаимодействие между кварками, но н сами являются источниками новых глюонов***, которые в свою очередь порождают * Подробнее о калибровочных теориях см. 5 130, и.
2. ** От английского слова я1не †кл. *"" Например, в результате взаимодействия красно-антисинего глпьона с зелено-ан.гикрасным образуется зелено-антнснний гльзон. ЗЗО Глава ХХП. Кварки и глюолм. Кваитавал храиодилаиика другие глюоны, и т. д. Таким образом, глнюнное поле нелинейно. Оно растет по мере удаления от кварка. Вместе с ним растет эффективный цветовой заряд кварка. Описанное явление называется антиэкранировкой в отличие от известной в квантовой электродинамике экранировки, сущность которой заключается в уменьшении эффективного электрического заряда с ростом расстояния от него из-за поляризации вакуума. Другими словами, энергия взаимодействия между кварками уменьшается при их сближении.
Она практически равна нулю на малых расстодниях (асимптотическая нли центральная свобода). Наоборот, с ростом расстояния между кварками их энергия взаимодействия возрастает и на достаточно больших расстояниях становится бесконечно большой (периферическое пленение). Цветные кварки как бы заперты в адронах. Это явление получило название сопйпешеп( — невылетанне, инф-. ракрасное удержание. Константа взаимодействия между к варками на малых расстояниях мала (меньше 1), что и обеспечивает возможность успешных расчетов в простых кварковых моделях со слабой связью.
На больших расстояниях порядка размера адрона (около 10 'з см), где энергия взаимодеиствия велика, константа становится большой и количественные расчеты делаются затруднительными. В этой области выводы квантовой хромодинамики пока имеют силу очень правдоподобной гипотезы. Из-за роста энергии взаимодействия с расстоянием одиночный кварк не может вылететь из адрона. Вместе с тем внутри адрона цветовые заряды кварков взаимно скомпенсированы (любой адрон — белый). Поэтому кварк-глюонцое поле кварков, связанных в адронах, хотя и достаточно велико (оно и определяет в основном массу адронов), но замкнуто внутри адрона («кварковый мешок»), В связи с этим кварки в адронах представляются легкимив и слабосвязанными.
При попадании быстрой частицы, например электрона, в один из кварков адрона (например, нуклона) кварк смещается, в результате чего энергия его взаимодействия с другими кваркамн резко возрастает. Если эта энергия окажется достаточной для в Теоретики считают, что ш,м4 МзВ, т,му МэВ, т,м)50 МэВ. Это— так назьваемая токовая масса в отличие от блоковой массы ш„мшвмЗОО МэВ, три450 МэВ, которую кварки имеют при рассмотрении их с большого расстояния. В соответствии с нерелятнвистской кварковой моделью все адроны построены из консгитуентных (блоковых) кварков (как из кубиков — блоков). Блоковый кварк состоит нз токового (вгологоа) кварка, окруиениого облаком виртуальных частиц (кварк-антикварковые пары и глюоиы).
Три основных кварка, из которых состоит нуклон, называют валенгными, а виртуальные пары — морскими (каарконое море). й 125. Чеепырехквареовая модель 33! рождения пары кварк — антикварк, то вновь рожденный хе кварк останется в составе нуклона, а первичный объединится с рожденным антикварком. В результате образуется белый мезон, который вылетает из Г области взаимодействия. У Г Аналогично объясняются .ук ядерные силы между нуклонами ядра (и вообще между адронами); при смещении кварка внутри нуклона из вакуума рождается виртуальная ф-пара, т.
е. виртуальный я-мезон, который и является квантом ядерных сил. Этим снимается кажущееся противоречие между нулевой массой глюона (которой должно соответствовать дальнодействующее взаимодействие) и короткодействием ядерных сил (рис. 468). Совсем наглядной иллюстрацией невылетания кварков является представление о том, что кварки внутри адрона скреплены глюонными «резиновыми нитями» или «струнами», натяжение которых приводит к увеличению энергии взаймодействия.
Пока струна не натянута, кварки свободны. С увеличением расстояния струна натягивается и не позволяет кваркам разлететься. Если натяжение окажется настолько сильным, что струна оборвется, то и тогда кварки не вылетают, потому что на вновь образовавшихся в точке разрыва концах струны возникают новые кварки, объединение которых с кварками адрона приводит к образованию нового адрона. Представление о глюонных струнах можно обосновать тем, что притяжение между заряженными (цветом) глюонами должно действительно приводить к сжатию глюонных струй, передающих взаимодействие между кварками.
Таким образом, глюонную струю можно интерпретировать как одномерный потенциал, про который известно, что он возрастает с ростом расстояния (для точечного источника). В 126. Четырехкварковая модель В предыдущем параграфе мы рассмотрели достижения н недостатки трехкварковой модели и методы усовершенствования этой модели. Существует, однако, круг вопросов, для объяснения которых любая трехкварковая модель оказывается недостаточной. На эти вопросы удается ответить только в рамках четырехкварковой модели. 332 Глава ХХТК Кварки и глгооям. Квактовая «ромодикамика 1. ГИПОТЕЗА О СУЩЕСТВОВАНИИ ЧЕТВЕРТОГО КВАРКА. ОЧАРОВАНИЕ (салаге) Впервые потребность в четвертом кварке возникла в 1970 г, в недрах несимметричной теории слабых взаимодействий (см.
З 129, п.3), которая не могла объяснить отсутствие в природе распадов типа К вЂ” р++р н Л- п+е++е (125.1) описываемых нейтральными слабыми токами вида ().п)(рр) и ().л)(ее). В этой теории слабые токи конструировались из четырех лептонов (е, и„п, ти) и трех кварков (и, 4 в), причем упомянутые выше нейтральные токи ().п) и (л).) оказывались разрешенными. Введение четвертого кварка давало возможность запретить эти ток1л т.
е. привести теорию в соответствие с экспериментом, Кроме того, симметрия теории относительно числа кварков и лептонов является необходимым условием для построения ее перенормируемого варианта. Новый кварк назвали с-кварком (от слова с)3апп — очарование). Поскольку с-кварк подобно остальным кваркам должен участвовать в сильном взаимодействии, для него можно написать формулу я=Тг+(В+В+с)/2=Та+ )г/2, (125.2) )г= В+ Я+ с = 2г, которая является естественным обобщением формулы (124.3). Здесь под с понимается новое квантовое число — очарование, равное единице для с-кварка, минус единице для его антикварка и нулю для всех остальных кварков. Очарование с подобно странности Я сохраняется в ' сильных и электромагнитных взаимодействиях и изменяется на единицу в слабых.
Электрический заряд с-кварка равен +2/3, барионный заряд +1/3, странность О, нзоспин О. В табл. 47 представлены квантовые числа всех четырех кварков. таблица 47 333 у 125. Четыреткварковал модель Принципы построения мезонов и барионов в схеме четырех кварков остаются прежними. Барион строится из трех любых кварков, имеющих разные основные цвета, мезон — из кварка н антнкварка с дополнительными цветами.
Но теперь в семейство барионов и мезонов должны входить новые частицы— очарованные (чармированные), в составе которых содержится с-кварк. В семействе барионов это — очарованный заряженный барион сиг( с квантовыми числами В=1, с=1, =1, 5=0; очарованный странный заряженный барион сиу (В=1, с=1, 2=1, Я= — 1); очарованный нейтральный барион сгзг((В=1, с=1, 2=0, В='0) и два очарованных нейтральных странных бариона: ссЬ (В=1, с=1, 2=0, Я= — 1) и сзк (В=1, с=1, 2=0, В= — 2).
Можно также предполагать существование дважды очарованных и трижды очарованных барионов, содержащих соответственно по два илн по три с-кварка. В семействе мезонов новыми частицами могут быть: очарованный нейтральный мезон сй (В=О, с=1, г=О, В=О), очарованный заряженный мезон сг1 (В=О, с=1, 2=+1, Я=О), очарованный заряженный странный мезон сй (В=О, с=1, 2=+1, Я= — 1) и нейтральный мезон со скрытым очарованием сс (В=О, с=О, 2=0, Я=О). У каждой из новых частиц (кроме сс) должна быть античастица с противоположными квантовыми числами. Античастица мезона со скрытым очарованием тождественна самой частице. 2.
ОТКРЫТИЕ с-КВАРКА. чг-ЧАСТИЦЫ, ЧАРМОНИЙ Идея существования четвертого кварка получила мощное экспериментальное подкрепление в самом конце 1974 г.; когда одновременно в двух лабораториях была открыта новая тяжелая частица, которую в конце концов удалось идентифицировать как мезон со скрытым очарованием (г),г), или сс).
В Брукхейвене новая частица была открыта С. Тингом с сотрудниками в реакции р+Ве- е +е +Х, (125.3) где Х вЂ” все остальные частицы*. Выведенный пучок протонов с энергией 28 ГэВ, интенсивностью 2 10'з протон/цикл и сечением 3 х 6 мм падал на бериллиевую мишень тьг, состоящую из девяти тонких (около в Аньес! Л. Л., Вес!гег 13., В!яцч Р. 5. е,а, В Раук Кеч.
1.ец. 1974. Чо1 33, Ь! 23, Р. !404 — 1406. Процессы, в которых нлентнфнцнруются 1 — 2 частицы, а остальными частицами нс интересуются (онн могут быть канне у~одно н нх может быть сколько уголно), называются ннклюзненымн. Процессы, в которых нлентнфнцнруются все образующиеся частицы, называются зксклюзнвнымн. !25. Чсгаырсса аараакеа .иаасэь 335 Рас. 47! позитронных пучках (СПИР) а. Энергию в системе центра масс е'е -системы можно было изменять от 2,б до 8 ГзВ очень малыми порциями (около ! МэВ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
