Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Основы технологии >> Ядерная энергетика | Популярные статьи
 Посмотреть комментарии[1]  Добавить новое сообщение
 См. также

Научные статьиФизика элементарных частиц и t-кварк: 397

Популярные статьиЯдерная астрофизика: Приложение 1

Популярные статьиФундаментальные взаимодействия: Введение

Научные статьиФизика элементарных частиц и t-кварк: Вступительное слово переводчика

Популярные статьиЯдерная астрофизика: fig1

Популярные статьиФундаментальные взаимодействия: Слабое взаимодействие

Научные статьиЭлектрический дипольный момент нейтрона: новые возможности поиска: Введение

НовостиБезнейтринный двойной бета-распад - подозрение на сенсацию

Популярные заметкиБудущее физики элементарных частиц

Словарные статьиВекторная частица

НовостиАномальный магнитный момент мюона: физика за пределами Стандартной Модели?

ФотографииДетектор нейтрино и солнечное излучение

ФотографииПринцип запрета Паули: почему мы не взрываемся?

ФотографииГорячий газ во Вселенной

Словарные статьиАксиоматическая квантовая теория поля

Популярные статьиКвантовые ямы, нити, точки. Что это такое?: Почему квантовая механика превращается в инженерную науку?

Курсы лекцийОсновы квантовой механики: Теоремы Эренфеста

Словарные статьиАннигиляция

Популярные заметкиК открытию массы нейтрино: "Первые результаты работы Нейтринной обсерватории Садбери."

Фундаментальные частицы

С. А. Славатинский

Московский физико-технический институт, Долгопрудный Московской обл.

Содержание

Кварки

Сама идея кварков возникла в результате блестящей попытки классифицировать большое количество частиц, участвующих в сильных взаимодействиях и называемых адронами. М. Гелл-Ман и Г. Цвейг предположили, что все адроны состоят из соответствующего набора фундаментальных частиц - кварков, их антикварков и переносчиков сильного взаимодействия - глюонов [3].

Полное число адронов, наблюденное в настоящее время, составляет более ста частиц (и столько же античастиц). Много десятков частиц еще не зарегистрировано. Все адроны подразделяются на тяжелые частицы, названные барионами, и средние, названные мезонами.

Барионы характеризуются барионным числом b = 1 для частиц и b = -1 для антибарионов. Их рождение и уничтожение всегда происходят парами: бариона и антибариона. У мезонов барионный заряд b = 0. Согласно идее Гелл-Мана и Цвейга, все барионы состоят из трех кварков, антибарионы - из трех антикварков. Поэтому каждому кварку было приписано барионное число 1/3, чтобы в сумме у бариона было b = 1 (или -1 для антибариона, состоящего из трех антикварков). Мезоны имеют барионное число b = 0, поэтому они могут быть составлены из любой комбинации пар любого кварка и любого антикварка. Помимо одинаковых для всех кварков квантовых чисел - спина и барионного числа имеются другие важные их характеристики, такие, как величина их массы покоя m, величина электрического заряда Q/e (в долях заряда электрона е = 1,6 · 10-19 кулон) и некоторого набора квантовых чисел, характеризующих так называемый аромат кварка. К ним относятся:

1) величина изотопического спина I и величина его третьей проекции, то есть I3 . Так, u-кварк и d-кварк образуют изотопический дублет, им приписан полный изотопический спин I = 1/2 с проекциями I3 = +1/2, соответствующей u-кварку, и I3 = -1/2, соответствующей d-кварку. Обе компоненты дублета имеют близкие значения массы и идентичны по всем остальным свойствам, за исключением электрического заряда;

2) квантовое число S - странность характеризует странное поведение некоторых частиц, имеющих аномально большое время жизни (~10-8 - 10-13 с) по сравнению с характерным ядерным временем (~10-23 с). Сами частицы были названы странными, в их состав входит один или несколько странных кварков и странных антикварков. Рождение или исчезновение странных частиц вследствие сильных взаимодействий происходят парами, то есть в любой ядерной реакции сумма $\Sigma$S до реакции должна быть равна $\Sigma$S после реакции. Однако в слабых взаимодействиях закон сохранения странности не выполняется.

В опытах на ускорителях наблюдали частицы, которые было невозможно описать с помощью u-, d- и s-кварков. По аналогии со странностью потребовалось ввести еще три новых кварка с новыми квантовыми числами С = +1, В = -1 и Т = +1. Частицы, составленные из этих кварков, имеют существенно большую массу (> 2 ГэВ/с2). Они имеют большое разнообразие схем распадов со временем жизни ~10-13 с. Сводка характеристик всех кварков приведена в табл. 2.

Каждому кварку табл. 2 соответствует свой антикварк. У антикварков все квантовые числа имеют знак, противоположный тому, который указан для кварка. О величине массы кварков необходимо сказать следующее. Приведенные в табл. 2 значения соответствуют массам голых кварков, то есть собственно кварков без учета окружающих их глюонов. Масса одетых кварков за счет энергии, несомой глюонами, больше. Особенно это заметно для легчайших u- и d-кварков, глюонная шуба которых имеет энергию около 300 МэВ.

Кварки, которые определяют основные физические свойства частиц, называют валентными кварками. Помимо валентных кварков в составе адронов имеются виртуальные пары частиц - кварки и антикварки, которые испускаются и поглощаются глюонами на очень короткое время

$t \leq \frac{h}{E}$

(где Е - энергия виртуальной пары), что происходит с нарушением закона сохранения энергии в соответствии с соотношением неопределенности Гейзенберга [4]. Виртуальные пары кварков называют кварками моря или морскими кварками. Таким образом, в структуру адронов входят валентные и морские кварки и глюоны.

Главная особенность всех кварков в том, что они являются обладателями соответствующих сильных зарядов. Заряды сильного поля имеют три равноправные разновидности (вместо одного электрического заряда в теории электрических сил). В исторически сложившейся терминологии эти три разновидности заряда называют цветами кварков, а именно: условно красным, зеленым и синим. Таким образом, каждый кварк в табл. 1 и 2 может быть в трех ипостасях и является цветной частицей. Смешение всех трех цветов, подобно тому как это имеет место в оптике, дает белый цвет, то есть обесцвечивает частицу. Все наблюдаемые адроны бесцветны.

Кварки u (up) d (down) s (strange) c (charm) b (bottom) t (top)
Масса m0 (1,5-5) МэВ/с2 (3-9) МэВ/с2 (60-170) МэВ/с2 (1,1-4,4) ГэВ/с2 (4,1-4,4) ГэВ/с2 174 ГэВ/с2
Изоспин I +1/2 +1/2 0 0 0 0
Проекция I3 +1/2 -1/2 0 0 0 0
Электрический заряд Q/e +2/3 -1/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3
Странность S 0 0 -1 0 0 0
Чарм C 0 0 0 +1 0 0
Боттом B 0 0 0 0 -1 0
Топ T 0 0 0 0 0 +1

Взаимодействия кварков осуществляют восемь разных глюонов. Термин "глюон" означает в переводе с английского языка клей, то есть эти кванты поля есть частицы, которые как бы склеивают кварки между собой. Как и кварки, глюоны являются цветными частицами, но поскольку каждый глюон изменяет цвета сразу двух кварков (кварка, который испускает глюон, и кварка, который поглотил глюон), то глюон окрашен дважды, неся на себе цвет и антицвет, как правило отличный от цвета.

Масса покоя глюонов, как и у фотона, равна нулю. Кроме того, глюоны электрически нейтральны и не обладают слабым зарядом.

Адроны принято также делить на стабильные частицы и резонансы: барионные и мезонные. Для резонансов характерно чрезвычайно малое время жизни (~10-20-10-24 с), так как их распад обусловлен сильным взаимодействием.

Десятки таких частиц были открыты американским физиком Л.В. Альваресом. Поскольку путь таких частиц до распада столь мал, что они не могут наблюдаться в детекторах, регистрирующих следы частиц (таких, как пузырьковая камера и др.), все они были обнаружены косвенно, по наличию пиков в зависимости вероятности взаимодействия различных частиц друг с другом от энергии. Рисунок 1 поясняет сказанное. На рисунке приведена зависимость сечения взаимодействия (пропорциональное величине вероятности) положительного пиона $\pi^+$ с протоном p от кинетической энергии пиона. При энергии около 200 МэВ виден пик в ходе сечения. Его ширина $\Gamma = 110$ МэВ, а полная масса частицы $\Delta^{++}$ равна $T^{'}_{max}+M_p c^2+M_\pi c^2=1232$ МэВ/с2, где $T^{'}_{max}$ - кинетическая энергия соударения частиц в системе их центра масс. Большинство резонансов можно рассматривать как возбужденное состояние стабильных частиц, так как они имеют тот же кварковый состав, что и их стабильные аналоги, хотя масса резонансов больше за счет энергии возбуждения.

Назад | Вперед


Посмотреть комментарии[1]
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Для вас в нашей фирме наркология недорого со скидками.