okun-fizika-elementarnykh-chastits (810758), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Заряд с-кварка равен +2/3; его масса — примерно 1,4 ГэВ. Таким образом, с-кварк является очень тяжелым аналогом и-кварка. Ь-кварк и другие В 19?6 г. группа Ледермана открыла новую частицу— Г-мезоп (чнтается: «ипсилон»), состоящий из кварков 5-го сорта, так называемых Ь-кварков. Заряд Ь-кварка оказался равным — 1/3. Ь-кварк является тяжелым аналогом «нижних» д- и зкварков, отсюда название Ьоггот и буква Ь (некоторые физики предпочитают относить букву Ь к слову Ьеаи(у— красота), Ь-кварк гораздо тяжелее, чем с-кварк: его масса — примерно 4,8 ГэВ. Г-мезоп, масса которого 9,46 ГэВ, представляет собой низшее»Ямсостояние пары ЬЬ.
К настоящему времени найдены также три радиально возбужденных»Я,-уровня этой системы, которую иногда называют ипснлонием, а иногда боттонием или боттомон нем: Г (10,02), Г" (10,40) и, Г'" (10,55). Кроме того, найдены 2Р-уровни ипсилония. Открыты также мезоны, содержащие одиночные Ь-кварки: В+=Ьп, В»=Ы, В =Ьи, В»=Ьг(. Массы этих мезонов таковы, что тг-(2тв(тг- (более точно, та 5,27 ГэВ).
Итак, экспериментально установлено существование трех кварков «нижнего типа», д, з, Ь, н двух кварков «верхнего типа», и, с. Имеются веские основания (см. ниже) ожидать, что существует и третий «верхннй» кварк. Его называют г-кварком (от слова (ор). Поиски Ькварка до спх пор были безуспешными, Особенно серьезными были поиски 39 «топония» (пары Й) на встречных электронно-позитронных пучках ПЕТРА с энергией 18 ГэВ в каждом пучке. Зги поиски привели к выводу, что если 1-кварк существует, то его масса должна быть больше 18 ГэВ ").
Серьезных оснований ожидать, что существуют кварки еще более тяжелые, чем 1, у нас пока нет. Ароматы и поколения че ~ тм ! е ~ р Именно на основе кварк-лептонной симметрии еще в 1964 г. было предсказано существование с-кварка (к тому времени были известны 4 лептона н только 3 кварка). После открытия в 1975 г. т-лептона на основе той же симметрии было предсказано существование Ь- и 1-кварков.
Как мы увидим вскоре, лептон-кварковая симметрия особенно ярко проявляется в слабых взаимодействиях. *) Примечание ко 2-му изданию. Ситуация с Ькварками не претерпела пока радикальных изменений. На ПЕТРА верхний предел на массу Ькварка поднят до 20 Г»В, На протонантипротонном коллайдере ЦЕРН были получены указания на рождение н распад ькварка с вет = 40 Г»В, но вти данные, нуждавшиеся в дальнейшей проверке, не получили подтверждения, 40 Часто говорят, что кварки различных типов отличаются друг от друга своимн ароматами.
Никакого отношения к привычному понятию об аромате эти кварковые ароматы не имеют. Слово «аромат» употребляется здесь как синоним слов «тип» или «сорт», оживляя своим неожиданным употреблением сухие физические тексты. Термин «аромат» удобен также ввиду подразумеваемого в нем противопоставления термину «цвет», к обсуждению которого мы приступим в следующем параграфе.
Существует, по-видимому, какая-то глубокая симметрия между кварками различных ароматов и лептонами. На существование такой симметрии указывает следующая таблица: Конечно, эта симметрия не является полной: хотя разности зарядов нейтрино и заряженных лептонов равны разностям зарядов верхних и нижних кварков, сами заряды у лепто- нов и кварков различны. Двенадцать лептонов и кварков естественным образом разбиваются на три группы, или, как говорят, на три поколения фундаментальных фермнонов. Каждое поколе- ние содержит четыре частицы, занимающие столбец в таб- личке: <верхний» и <нижний» лептоны и «верхний» и «ниж- ний» кварки.
Самые легкие частицы образуют первое поко- ление. В каждом из последующих поколений заряженные частицы тяжелее, чем в предыдущем, Фермионы первого поколения, в совокупности с фото- нами, являются той материей, из которой построена совре- менная Вселенная. Из и- и й-кварков состоят нуклоны, а значит, и ядра атомов, из электронов — атомные оболочки; без электронных нейтрино не могли бы протекать реакции ядерного синтеза в Солнце и звездах, Что касается фермио- нов второго и третьего поколений, то их роль в современ- ном мире кажется ничтожной.
На первый взгляд, мир без них был бы ничуть не хуже. Эти частицы напоминают черновые наброски, которые Творец выбросил, как неудач- ные, а мы с помощью нашей изощренной техники отко- пали их в его мусорной корзине. Сейчас мы начинаем понимать, что фермионы второго и третьего поколений играли важную роль в ранней Все- ленной, в первые мгновения так называемого большого взрыва. В частности, число сортов (ароматов) нейтрино определило соотношение между распространенностями во- дорода и гелия во Вселенной. Космологические расчеты указывают на то, что число нейтринных ароматов не превы- шает четырех. В рамках схемы лептон-кварковых поколе- ний это означает, что полное число кварковых ароматов не превышает восьми.
Важную роль последующие поколения, по-видимому, играют также и в том, что частицы первого поколения имеют именно те массы, которые они имеют. А от соотноше- ния между массами и-, д-кварков и электржа зависит само наше существование.
Ведь разность масс нейтрона и прото- на обусловлена в основном разностью масс и- и д-кварков. А если бы выполнялось неравенство тр — и»,+и„- О, то водород был бы нестабилен. Итак, мы начинаем догадываться, что высшие поколения не столь уж маловажны. Выяснение их глубинной роли, как, впрочем, и природы самой кварк-лептонной симмет- 4! рни,— одна из важнейших задач физики. Этими замеча- ниями мы завершим обсуждение кварковых ароматов и перейдем к новой теме — кварковым цветам.
Цвет и глвюны До сих пор мы тщательно избегали вопроса о том, как устроены силы между кварками. Теперь пришла пора ответить на вопросы: 1) какие заряды являются источниками этих сил? 2) какие частицы являются их переносчиками? Краткие ответы на эти два вопроса: 1) цветовые заряды и 2) глюоны. Установлено, что кварки каждого аромата существуют в виде трех строго вырожденных разновидностей. Принято говорить, что эти разновидности отличаются друг от друга своими цветами.
Обычно говорят, что кварки бывают трех цветов: желтого, синего и красного. Разумеется, никакого отношения к обычным, оптическим цветам эти кварковые цвета не имеют. В случае кварков «цвет» — это просто удобный термин для обозначения квантовых чисел, характеризующих кварки. Выбор трех основных оптических— желтого, синего и красного — цветов для обозначения зарядов кварков позволяет, как мы я« сейчас увидим, пользоваться наглядной оптической аналогией. Цветовые заряды антикварков сопряжены зарядам кварков. Иногда их называют антижелтым, анти- синим, антикрасным, иногда — фиолетовым, оранжевым и зеленым (рис. 18) в соответствии с известной последовательностью дополнительных р .
цветов в оптическом спектре. (Вспомните известную мнемоническую фразу: «Каждый охотник желает знать, (где) сидит фазан».) При таком подборе кварковых цветов адроны естественно называтй бесцветными, белыми частицами. Барионы бесцветны, так как состоят из трех кварков трех взаимно дополнительных цветов. Мезоны представляют собой бесцветные суперпозиции кварков и антнкварков. Математически цветовое вырождение кварков означает наличие цветовой 30(3)-симметрии: 5(?(3), (индекс с— от английского слова со1оиг — цвет). Цветовой триплет кварков д" («4=1, 2, 3) преобразуется по так называемому 42 фундаментальному представлению группы 5У(3), триплет антикварков д — по сопряженному представлению (это антритриплет).
Мезоны (М) и барионы (В) являются 5 У (3),-синглегами: М = = у ч« = = (о,г(' -', у,у'+ г(,у'), ра уз 1 В = = д<'дадте у 7 «ат' где е«ат — полностью асимметричный тензор, с которым мы уже встречались при обсуждении свойств матриц Паули, Именно из-за антисимметризации по цвету три кварка в барионе не нарушают принципа Паули и ведут себя в этом отношении как обычные фермионы.
В сильном взаимодействии цветовые заряды кварков играют ту же роль, что и электрические заряды частиц в электромагнитном взаимодействии. Роль фотонов при этом играют электрически нейтральные векторные частицы, которые получили название глюонов (от английского й(ие — клей). Обмениваясь глюонами, кварки «склеиваются» друг с другом и образуют адроны. Основное отличие глюонов от фотонов заключается в том, что фотон — один и он электрически-нейтрален, а глюонов — восемь и они несут цветовые заряды. Благодаря своим цветовым зарядам глюоны сильно взаимодействуют друг с другом, испускают друг друга. Это как бы «светящийся свет».
В результате такого нелинейного взаимодействия распространение глкюнов в вакууме совершенно не похоже на распространение фотонов, а цветовые силы не похожи на электромагнитные. Квантовая хромодинамика (КХД) Теория взаимодействия кварков и глюонов называется квантовой хромодинамикой (от греческого «хромое»вЂ” цвет). В основе КХД лежит постулат, что цветовая 5У(3)- симметрия является локальной, калибровочной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
