Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
три колонки. В первой из них приведены два ?7с-мезона. Они находятся в So
состоянии. Это означает, что в rjc-мезонах орбитальный момент кварков
равен нулю (S'-состояние), суммарный спиновый момент тоже равен нулю
(нижний индекс), и число состояний, отличающихся направлением момента
(который в этом случае отсутствует) равно единице. Два ?7с-мезона
отличаются друг от друга радиальными квантовыми числами (т. е. они
находятся в состояниях, когда возбуждены разные радиальные колебания).
Во второй колонке содержатся шесть ^-мезонов (из них на рисунке приведены
5). Их орбитальное квантовое число равно нулю, суммарное спиновое число
входящих в их состав кварков равно единице, а значит возможное число
ориентаций спина равно 3. Нижний из этих мезонов называется 7/^-мезоном.
Это название он получил потому, что был одновременно открыт двумя
группами ученых. Одна из них назвала его J-
§83. Старшие поколения фундаментальных частиц
439
Рис. 173. Таблица сс-мезонов.
мезоном, а другая - ^-мезоном. Разные ^-мезоны отличаются друг от друга
радиальными возбуждениями.
Перейдем к третей колонке рисунка. В нее входят три %-мезона, обладающие
единичным орбитальным моментом (P-состояние) и единичным полным моментом.
Это состояние может возникать при различных полных моментах кварков
(нижний индекс j) при соответствующих взаимных ориентациях орбитального и
спинового моментов. Различные радиально возбужденные мезоны "ничего не
знают друг о друге" и являются разными частицами.
Второе поколение кварков оказалось не последним. В настоящее время
известны три поколения фундаментальных частиц. Их можно свести в общую
таблицу.
В таблице указаны три поколения фундаментальных частиц. Частиц третьего
поколения тоже четыре. В третьем поколении содержатся два кварка: t-кварк
(от англ. top - верхний) и 6-кварк (от англ. bottom - нижний), t-кварк
распадается так быстро (и имеет такую большую энер-
440
Глава 16
гетическую ширину), что не образует частиц. Частицы, содержащие ft-кварк,
хорошо известны, но мы их рассматривать не будем.
Еще два важных замечания. Слабое взаимодействие может переводить электрон
в электронное нейтрино и ни в какое другое. Аналогично мюон может
превращаться в мюонное нейтрино, но не в электрон и не в электронное
нейтрино. Так при распаде мюона он переходит в мюонное нейтрино и
рождается пара: электрон и электронное анти-
нейтрино. Генерация такой пары ничем не запрещена. Переходы между
лептонами разных поколений запрещены. Соответствующее правило для кварков
менее категорично. Мы уже отмечали, что переход кварка в кварк другого
поколения возможен, но происходит значительно труднее, чем переход в
кварк того же поколения.
В настоящее время имеются указания на то, что перечень существующих в
природе поколений фундаментальных частиц исчерпывается этими тремя. Так
ли это на самом деле, покажут дальнейшие исследования.
Приведем значения масс кварков (из сказанного ранее ясно, что
значения масс носят ориентировочный характер, потому что получить
кварки в свободном виде невозможно). Массы, которые мы здесь приводим,
это массы "голых кварков". При удалении от них должны все более
чувствоваться влияние, а следовательно, и масса, окружающей их "глюонной
шубы".
В заключение остановимся на SU-симмет-риях. Это - симметрии в свойствах
элемен-Таблица 11. Массы тарных частиц, которые возникают, если прене-
"голых" кварков бречь различием масс соответствующих квар-
ков. Мы уже говорили об SU(2) симметрии (изотопической инвариантности),
основанной на близости масс и- и d-кварков. Из таблицы 11 следует, что
массы трех первых кварков и-, d-и s- тоже отличаются одна от другой не
так сильно, как их отличие от масс остальных кварков. Это дало основание
для построения теории 5[/(3)-симметрии, в которой пренебрегается
различием между этими тремя массами.
Приведем диаграмму, иллюстрирующую этот подход (рис. 174). На рисунке
изображены барионы, содержащие и-, d- и 5-кварки. На ле-
и 5 МэВ
d 7 МэВ
5 150 МэВ
С 1,4 ГэВ
Ъ 5 ГэВ
t 175 ГэВ
Таблица 10. Полная таблица фундаментальных частиц.
кварки и С t
d 5 ft
лептоны е И Г
Ve VT
§ 84. Диаграммы Фейнмана
441
Рис. 174. SU(З)-схема для барионов.
вом рисунке представлены сами барионы, а на правом - их кварковый состав.
В верхнем ряду расположены хорошо нам известные нейтрон и протон с
изотопическим спином, равным 1/2 (у протона проекция /3 = +1/2, а у
нейтрона /3 = -1/2). В следующем ряду находятся Е-частицы. Их изоспин
равен 1 (/3 = +1 у Е+-бариона, /3 = -1 у Е_-бариона и /3 = 0 у Е°-
бариона). В центре таблицы, кроме Е°, находится еще и Л° -частица с
изоспином равным 0. В нижнем ряду расположены S-частицы с изоспином 1/2.
Значения /3 отложены по горизонтальной оси. По вертикальной оси отложены
"гиперзаряды". Вводить эту величину мы не будем, поскольку она нам не
понадобится.
Массы частиц, входящих в октет барионов (рис. 174), как мы и ожидали, не
так уж сильно отличаются одна от другой: 940 МэВ у нуклонов, 1190 МэВ у
