Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
нейтрино ие, но также и их античастицы: антикварки и и d, позитрон е+ и
антинейтрино ъ>е. На этом список частиц первого поколения заканчивается.
До сих пор мы говорили просто о нейтрино. Но сейчас мы знаем, что к
фундаментальным частицам первого поколения относятся именно электронное
нейтрино и электронное антинейтрино. Сравнительно недавно (в начале 60-х
годов) выяснилось, что разновидностей нейтрино существует несколько.
Остальные нейтрино не относятся к частицам первого поколения и о них речь
пойдет ниже.
Возвратимся снова к распаду нейтрона. Преобразование нейтрона в протон
сводится к замене одного нижнего кварка на верхний. Изменение заряда
компенсируется генерацией электрона, а вместе с ним возникает и
электронное антинейтрино.
Возникает естественный вопрос о массах кварков. Этот вопрос не имеет
простого ответа. Как уже пояснялось, кварки не могут быть получены в
свободном виде и поэтому не имеют определенной массы в обычном смысле
этого слова. Обычно и-кварку приписывают массу 5 МэВ, а (i-кварку - массу
7 МэВ. То обстоятельство, что кварки невозможно выделить из элементарных
частиц, называют английским словом "кон-файнмент" (от confinement -
удержание, заточение). Кварки в элементарных частицах находятся "в
пожизненном заточении".
Глюоны. Обратимся теперь к переносчикам взаимодействий. Переносчиком
электромагнитного взаимодействия является электромагнитное поле, на
квантовом языке - фотоны. Переносчиком гравитационного взаимодействия
является гравитационное поле и, соответственно, - гравитоны. Переносчиков
сильного взаимодействия называют глюонами (от англ. glue - клей).
Рассмотрение природы ядерных сил мы снова отложим до дальнейшего.
428
Глава 16
Переносчики электромагнитного и гравитационного взаимодействий, фотоны и
гравитоны, - из-за слабости взаимодействия - легко отрываются от
источников соответствующих зарядов и могут существовать отдельно. При
сильном взаимодействии это не так: оторвать глюоны от элементарных частиц
не удается. При этом, конечно, затрудняются построение и наглядность
теории.
Мезоны. Познакомимся с некоторыми другими частицами, построенными из
кварков первого поколения. Это, прежде всего, 7г-мезоны или пионы.
Существует три разновидности этих частиц: 7г+, 7г_ и 7г°-мезоны. Название
"мезоны" происходит от греческого слова mesos - средний, промежуточный.
И, действительно, 7г-мезоны обладают массой, которая лежит между массой
электронов и нуклонов. В настоящее время известны мезоны с очень большими
массами. Название "мезоны", однако, сохраняется и для них.
По современной терминологии мезонами называют частицы, состоящие из
кварка и антикварка, независимо от массы частиц и от того, о каких
кварках идет речь, о верхних или нижних, о кварках первого или следующих
поколений.
Приведем кварковый состав 7г-мезонов:
7г+ = (ud),
7Т~ = (ud),
7г° = (1/л/2 )(ии - dd).
Из состава 7г°-мезона следует, что часть времени он проводит в состоянии
ии, а часть - в dd-состоянии.
Масса всех 7г-мезонов составляет около 140 МэВ. 7г-мезоны, как и все
частицы, состоящие из кварков, относятся к сильно взаимодействующим
частицам. Заряженные 7г-мезоны живут ~ 2,6-10-8 с, а 7г°-мезон - 8,4 •
10-17 с.
В главе XV при обсуждении ядерных реакций был введен термин "адроны" для
ядерноактивных частиц. Выше мы ввели термин "бари-оны" и только что -
термин "мезоны". Теперь эти термины следует уточнить.
Барионами называют частицы, состоящие из трех кварков или трех
антикварков (антибарио-ны). Адронами называют все частицы, способные к
сильному взаимодействию, т о-е сть все частицы, состоящие из кварков и а
н т и к в а р к о в. К адронам, таким образом, относятся как барионы, так
и мезоны. Эти определения следует запомнить.
§81. Сильное взаимодействие. Кварки
429
Вернемся к свойствам 7г-мезонов. Начнем с 7г°-мезона. Из его состава
ясно, что этот мезон принадлежит к истинно нейтральным частицам: у него
нет никаких квантовых чисел (кроме спина). Поэтому он может распадаться
на гамма кванты, что он и делает: 7г° -> 27. В его распаде не принимают
участие нейтрино и вообще не участвуют силы слабого взаимодействия.
Поэтому время его жизни так мало. Два других 7г-мезона являются частицей
и античастицей. Один из способов распада 7г+-мезона - это распад на
позитрон и нейтрино:
7г+ -> е+ + jye. (16.6)
Другой способ распада приводит к образованию мюона (лептон с массой ~ 105
МэВ, принадлежащий ко второму поколению фундаментальных частиц):
7Г+ -> /i+ + (16.7)
Здесь мы впервые встретились с еще одним типом нейтрино - с мюон-ным
нейтрино v^. Подробный рассказ о фундаментальных частицах второго
поколения мы отложим до следующего параграфа. Большое время жизни
заряженных 7г-мезонов (2,6 • 10-8 с) связано с тем, что их распад может
происходить только под действием сил слабого взаимодействия.
Распад (16.7) (и аналогичный распад 7г_-мезона) является основным
источником мюонов в космических лучах и на ускорителях. Мюоны, как и
