Теория кварков
Теория
кварков.
Теория
кварков
— это теория строения адронов. Основная идея этой теории очень проста: все
адроны построены из более мелких частиц — кварков. Кварки несут дробный
электрический заряд, который составляет либо -1/3, либо +2/3 заряда электрона.
Комбинация из двух и трех кварков может иметь суммарный заряд, равный нулю или
единице. Все кварки имеют спин 1/2, следовательно, относятся к фермионам.
Основоположники теории кварков Гелл-Манн и Цвейг, чтобы учесть все известные в
60-е гг. адроны ввели три сорта
(аромата) кварков: u
(от up
-
верхний), d
(от down
-
нижний) и
s
(от strange
-
странный).
Кварки
могут соединяться друг с другом одним из двух возможных способов: либо
тройками, либо парами кварк —
антикварк. Из трех кварков состоят сравнительно тяжелые частицы — барионы; наиболее известные барионы —
нейтрон и протон. Более легкие пары кварк — антикварк образуют частицы,
получившие название мезоны. Например,
протон состоит из двух u-
и одного d-кварка
(uud),
а нейтрон — из двух d-кварков и одного u-кварка (udd).
Чтобы это «трио» кварков не распадалось, необходима удерживающая их сила, некий
«клей».
Оказалось,
что результирующее взаимодействие между нейтронами и протонами в ядре
представляет собой просто остаточный эффект более мощного взаимодействия между
самими кварками. Это объяснило, почему сильное взаимодействие кажется столь
сложным. Когда протон «прилипает» к нейтрону или другому протону, во
взаимодействии участвуют шесть кварков, каждый из которых взаимодействует со
всеми остальными. Значительная часть энергии тратится на прочное «склеивание»
трио кварков, а небольшая — на скрепление двух трио кварков друг с
другом.
То
обстоятельство, что из различных комбинаций трех основных частиц можно получить
все известные адроны, стало триумфом теории кварков. Но в 70-е гг. были открыты
новые адроны (пси-частицы,
ипсилон-мезон и др.). Этим был нанесен чувствительный удар первому варианту
теории кварков, поскольку в том варианте теории уже не было места ни для одной
новой частицы. Все возможные комбинации из кварков и их антикварков были уже
исчерпаны. Проблему удалось решить за счет введения трех новых ароматов. Они
получил название — charm
(очарование)
или с; b-кварк
(от beauty
—
красота или прелесть); впоследствии был введен еще один аромат — t
(от top
-
верхний).
Кварки
скрепляются между собой сильным взаимодействием. Переносчики сильного
взаимодействия — глюоны (цветовые
заряды). Область физики элементарных частиц, изучающая взаимодействие
кварков и глюонов, носит название квантовой
хромодинамики.
Как квантовая электродинамика — теория электромагнитного взаимодействия, так
квантовая хромодинамика — теории сильного взаимодействия.
Таким
образом, наиболее вероятное число истинно элементарных частиц (не считая
переносчиков (фундаментальных взаимодействий) на конец XX в. равно 48. Из них:
лептонов (6 х 2)=12 плюс кварков (6 х 3) х 2 = 36.