Единая теория поля: Философский анализ современных проблем физики элементарных частиц и космологии. Опыт синергетнческого осмысления - Минасян Л.А.
ISBN 5-4S4-G0179-X
Скачать (прямая ссылка):
50
Глава 2
взаимодействия как калибровочного поля. Однако участникам этого взаимодействия являются уже не протоны и нейтроны, а все наиэлементарнейшие на сегодняшний день частицы вещества — кварки н леггтоньг
Прежде, чем дать сжатую картину классификации элементарных частиц, целесообразно проследить весь драматизм событий, охватывающих вторую половину предыдущего столетия, связанных с обнаружением кварков.
Представление о том, что адроны — сильновзаимодействующне частицы являются составными, состоящими из частиц с дробным электрическим зарядом, было впервые выдвинуто в J 963 году Мюрреем, Гелл-Ман-ном и Джорджем Цвейгом, независимо предположившими существование трех сортов таких частиц. М. Гелл-Манн назвал их кварками, позаимствовав это экзотическое название из книги Джойса «Поминки по Финнегану». Предложенная гипотеза кварков сразу же обрела популярность, ибо открытие к тому времени десятков элементарных частиц и их резонансов обуславливало потребность классификации их. Согласно же укоренившейся в физике традиции отыскания «первокирпичиков материи» идея существования субчастиц-кварков казалась естественной, ибо позволяла все известные к тому времени сильновзаимодействующие частицы-адроны довольно просто описывать как различные комбинации кварков. Первоначально предполагалось существование трех сортов — ароматов кварков — и, d, s со спином 1/2 и барионным числом 1/3. ы-кварку приписывался заряд, равный 2/3 заряда протона, a d- и s-кваркам — заряд, равный -1/3 заряда протона. Предположение о существовании s-кварка было связано с открытием целого класса странных частиц (Jt-мезонов, гиперонов и некоторых резонансов). Все странные частицы являются нестабильными. Странные частицы вследствие столкновений адронов рождаются обязательно парами. Это и послужило основанием для введения в целях объяснения их парного рождения квантового числа «странности».
Предположили, что справедлив закон сохранения странности в процессах сильного взаимодействия, и, ^-кваркам приписывается значение странности, равное 0, a J-кварку — значение странности, равное 1. Все странные адроны предположительно должны включать в себя странный j-кварк или J -антикварк.
Гипотеза кварков предполагала деление адронов на два класса: класс барионов, состоящих из трех кварков с барионным числом В, равным 1 (соответственно для антибарионов В = -\), и класс мезонов, представляющих собою комбинацию кварк — антикварк с барионным числом 0. Так, протон и нейтрон — барионы, при этом протон представляет собой комбинацию ниіі-кварков, а нейтрон — *а&/-кварков.
Первоначальный вариант математической формулировки модели кварков основывался на симметрии 5СДЗ), где предполагалась симметрия между тремя ароматами и, d и s кварков. Идея использования симметрии .577(3)
На пути построения единой теории поля
51
явилась развитием попытки янг-миллсовского описания нуклоновского дублета {р, п\ Однако понятно, что с помощью ??/(2)-симметрии невозможно построить странные частицы. Гипотеза кварков сразу же содержала в себе предположение о существовании трех сортов кварков; соответственно, подобно тому, как Янг и Миллс использовали двумерный спинор, состоящий из протона и нейтрона в группе SU(I)1 для описания теории адронов с учетом гипотезы кварков была использована симметрия SU(3), базисным состоянием которой предполагается трехкомпонентаый спинор.
Надо отметить, что симметрия SUQ) оказалась той группой, которая положена в основу кварковой физики. Однако симметрия здесь рассматривается не между ароматами кварков (которых, кстати, оказалось не три, а, как предполагается, шесть), как считалось в начале, а между цветными зарядами кварков.
Кварковая модель предсказывала существование частицы, которая должна была описываться комбинацией из трех і-кварков. Такая частица была открыта в 1964 году и была названа омега-минус-гипероном
(0~-гиперон). Сама по себе кварковая систематика требует симметричного состояния кварков. И, действительно, в эксперименте были зафиксированы частицы, представляющие собой, согласно кварковой модели, комбинации трех одинаковых кварков.
Это вступает в противоречие с принципом Паули, согласно которому невозможно существование даже двух фермионов с одинаковыми квантовыми числами. Таким образом, квантовая систематика требует введения нового квантового числа. В 1965 году советскими физиками Н, Н. Боголюбовым, Б. В, Струминским, А. Н. Тавхелидзе [11] и независимо Нам-бу и др. было предложено рассматривать три сорта кварков и, a и s в возможных состояниях с тремя различными квантовыми числами, названными по аналогии с электрическим зарядом цветовыми зарядами; красным, желтым и зеленым. Введение нового числа-цвета дает хорошее согласие с данными, полученными в экспериментах по электронно-поэитронной ан-ншиляции. Название «цвет», разумеется, используется здесь не в обычном смысле этого слова, а означает лицгь еще одну дополнительную степе>п> свободы, приписываемую кваркам.
Всего возможно 27 комбинаций цветовых зарядов кварков, однако есть основания предполагать, что в природе реализуются всего три комбинации. Каждая комбинация должна быть подобрана так, чтобы сумма трех цветов кварков быта равна нулю. Тем самым ваодится гипотеза о том, что сам ад-рон — бесяастен. В случае барионов в их состав должны входить три кварка с гремя различными цветами — красным, желтым и зеленым, так что полная величина цветовою заряда равна нулю. Соответственно антикварки можно охарактеризовать с помощью квантового числа-антицвета. Таким образом, комбинация кварк — антикварк в мезонах опять обесцвечивается.
