Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§123. Краткое заключение к гл. XXI
Гл. XXI посвящена описанию унитарной симметрии сильных взаимодействий.
С открытием нестабильных частиц-резонансов количество известных адронов стало быстро возрастать и в настоящее время достигло нескольких сотен. Классификация их по изотопическому спину оказалась недостаточной, так как количество изомультиплетов также перевалило за сотню. Поэтому уже в 60-е годы было предпринято несколько попыток классифицировать адроны на основе более общей, чем изотопическая инвариантность, симметрии, названной унитарной.
Гипотеза унитарной симметрии опирается на существование в природе так называемых унитарных мультиплетов, в состав каждого из которых входит несколько изотопических мультиплетов частиц с одинаковыми барионными зарядами, спинами и четностью и более или менее близкими значениями масс. При этом изотопические мультиплеты, входящие в состав унитарного мультип-лета, отличаются изоспином и странностью. Так, существует барионный октет 1/2 + , состоящий из восьми барионов со спином 1/2 и положительной четностью, которые представлены в октете в виде четырех изотопических мультиплетов: дублета (Tw=l/2) нуклонов с 5=0, триплета I-гиперона (Tj=l) с 5= — 1, Л°-синглета (Тло=0) с 5= — 1 и дублета Н-гиперона (Тн= 1/2) с 5= —2.
Если бы унитарная симметрия была точной (ненарушенной), то все унитарные мультиплеты были бы полностью вырождены, т. е. все частицы, входящие в данный унитарный мультиплет, были бы идентичны. Однако в природе унитарная симметрия нарушается, что приводит к расщеплению унитарного мультиплета на несколько изотопических мультиплетов с разной странностью, а последних — на отдельные адроны с разными электрическими зарядами.
§ 124. Трехкварковая модель
321
В свое время было рассмотрено несколько конкретных вариантов схем унитарной симметрии, из которых наибольший успех был достигнут в SU (3)-симметрии, основанной на теории групп. Было замечено, что оба расщепления унитарных мультиплетов (по странности и по электрическому заряду) симметричны, что указывает на' специфическую симметрию нарушения унитарной симметрии в природе. Описание этого нарушения на языке теории специальных унитарных и унимодулярных SU (л)-групп приводит при л = 3 к октетной симметрии, представителем которой является упомянутый выше барионный октет 1/2+. Наглядно SU (З)-симметрия проявляется в виде геометрической симметрии схем унитарных мультиплетов, построенных в осях Tq (проекция изоспина) и S (странность). На этих схемах адроны, входящие в унитарный мультиплет, располагаются по углам и в центре шестиугольника или образуют симметричную картину внутри треугольника. По месту расположения частицы в схеме можно определить ее квантовые числа.
SU (З)-симметрия позволила классифицировать как мезонные, так и бари-онные адроны и предсказать существование нескольких новых частиц. Ее триумфом было предсказание всех квантовых чисел ft "-гиперона, который вскоре был открыт.
Глава XXII
КВАРКИ И ГЛЮОНЫ. КВАНТОВАЯ ХРОМОДИНАМИКА
§124. Трехкварковая модель
1. ЦВЕТ И АРОМАТ
В § 122 было .отмечено, что простейшее представление SU (З)-группы — триплет. Из теории SU (З)-симметрии следует, что другими представлениями этой группы являются октетное и декуплетное. Как известно, октетные и декуплетное представления были идентифицированы в природе в виде унитарных мезонных и барионных октетов и унитарного барионного декуплета. Что касается унитарного триплета, то его в природе не обнаружили.
Между тем. в теории SU (З)-симметрии показано, что все представления SU (З)-группы должны быть связаны друг с другом. Грубо говоря, мезонные унитарные мультиплеты можно получить, комбинируя триплет с «антитриплетом»:
ЗхЗ~=9=1 + 8, (124.1)
322 Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика
а барионные унитарные мультиплеты — в результате комбинирования трех триплетов:
3x3x3 = 27 = 1+8 + 8 + 10. (124.2)
Одно время предпринимались попытки идентифицировать в качестве унитарного триплета три бариона с одинаковыми спинами и четностью и близкими массами: протон,. нейтрон и Л-гиперон (схема Саката). Комбинируя их с соответствующими античастицами по схеме (124.1), удается построить мезонные октеты, однако построить унитарные мультиплеты по схеме (124.2) нельзя. Это очевидно хотя бы из того, что барионное число В любой частицы, составленной из .тройки «основных» частиц (р, п, Л), будет равно не 1, а 3, т. е. для получения 5=1 к этой тройке частиц надо добавить еще две античастицы с 5= — 1. Но в этом случае получаются неправильные наборы унитарных мультиплетов.
Выход из затруднения был найден в 1964 г. Гелл-Маном и независимо Цвейгом, которые предположили, что унитарным триплетом являются новые частицы со столь необычными свойствами, что их не могли обнаружить в природе.
Согласно Гелл-Ману и Цвейгу все сильновзаимодейст-вующие частицы и резонансы (т. е. все адроны) могут быть построены из фундаментальных частиц трех типов («ароматов»*) с дробными значениями В и z и спином 1/2. Эти частицы Гелл-Ман назвал кварками, а Цвейг — тузами. В табл. 44 приведены значения s, В, z, S, гиперзаряда Y=B+S, изоспина Т и его проекции Т% для трех кварков: q„, qn, qA.
