Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
кварков минус число d-антикварков; и т. д. Любая комбинация этих величин,
разумеется, тоже является сохраняющейся величиной. При этом законы
сохранения барионного числа Nb и электрического заряда Nq в рамках
сильных взаимодействий могут быть записаны в виде
NB = \(NU+Nd + Nc + Ns + Nt+ Nb),
Nq = I(Nu + Nc + Nt) - ±(Nd + Ns + Nb).
За исключением малого вклада, появляющегося за счет электромагнитных и
слабых взаимодействий, можно считать, что адроны, в основном, состоят из
кварков, антикварков и глюонов. Например, протон имеет сохраняющиеся
кварковые числа Nu = 2, Nd = 1, а все другие равны нулю (Nu = Nc = ... =
0). Это дает правильные значения Nb = 1, Nq = 1. Простейшая интерпретация
заключается в том, что протон буквально состоит из двух и-кварков, одного
d-кварка и ничего больше. Но это несколько наивно. Поскольку квантовые
числа сохраняются, можно добавить любую комбинацию смеси глюонов, такую,
чтобы она не несла ни барионного числа, ни электрического заряда.
Аналогично, можно добавить кварк-антикварковую пару любого аромата без
изменения квантовых чисел протона. Они образуют так называемое "море"
кварк-ан-тикварковых пар, преимущественно из легких и-, d-, s-кварковых
пар. Определенно можно лишь сказать, что протон содержит на 2 и-кварка
больше, чем й-антикварка, на 1 d-кварк больше, чем d-антикварков. Но
квантовые числа не дают и не подсказывают информации относительно "моря",
т. е. глюонного содержимого протона. Здесь существуют глубокие,
содержательные вопросы, которые должны быть адресованы основополагающей
динамической теории. Но она является сложным объектом для проведения
теоретического и численного анализа. Здесь можно лишь сказать, что для
описания протона в соответствии с его характеристическими квантовыми
числами можно использовать самоочевидные обозначение (uud), означающее Nu
= 2, Nd = 1, остальные Ns = 0. Тогда антипротон можно обозначить (mid). В
смысле этих же квантовых чисел положительный пион тг+ является кварк-
антикварковой комби-
190
Глава 8
нацией (ud); его античастица 7г записывается как (ud). Нейтральный пион
7г° является линейной комбинацией (гш - dd). Мы можем считать, что
частица совпадает с античастицей для нейтрального пиона потому, что
кварковая композиция не меняется при сопряжении, поскольку кварк
заменяется на антикварк и наоборот.
Таблица 8.3 содержит небольшой набор известных адронов. В ней приведены
массы и кварковые характеристики. Барионы в списке имеют барионное число
В = 1; мезоны - В = 0. Не все частицы обязательно имеют античастицы.
Некоторые из них, как мезоны, являются одновременно как частицами, так и
античастицами. Их нетрудно узнать, если использовать тест, опробованный
ранее на тг° (может ли кварковое состояние измениться при зарядовом
сопряжении). Это объясняет, почему многие различные адроны могут иметь
одинаковую кварковую характеристику. Например, имеется целый набор
барионов, имеющих структуру протона (uud), но различающихся по массе и
другим характеристикам.
Таблица 8.3. Небольшой набор сильно взаимодействующих частиц, адронов.
Барионы Кварковая структура Масса, Мэв Мезоны Кварковая
структура Масса, Мэв
Р uud 938 7Г + ud 140
Л° uds 1116 к° ds 498
А++ иии 1232 D0 ей 1865
wO USS 1315 Ds+ CS 1969
Q~ SSS 1672 7/Ф сс 3097
Ас+ udc 2285 В+ ub 5279
[I] о о dsc 2470 B°s sb 5370
udb 5624 Т ЪЬ 9460
Наконец, последнее замечание. Ранее мы уже коротко касались
изотопического спина и 517(3)-симметрии сильных взаимодействий. Игнорируя
малый вклад электромагнитного и слабого взаимодействия, можно было бы
сказать, что изотопическая симметрия была бы точной для сильных
взаимодействий, если бы и-кварк и d-кварк имели одинаковую массу.
Фактически их массы различны по численным значениям, хотя и обе очень
малы по сравнению с типичной массой адрона. Они примерно идентичны в том
смысле, что массами и- и d-кварков можно одинаково пренебречь во многих
ситуациях. Более широкая 517(3) симметрия будет точна, если массы трех и-
, d-, s-кварков будут равны. Фактически, масса s-кварка значительно
отличается от масс и- и d-кварков, и пренебречь ею нельзя. Так что эта
симметрия в лучшем случае является приближенной.
Основные ингредиенты
191
Электромагнитное взаимодействие
Электромагнитное взаимодействие описывается суммой слагаемых, связывающих
фотон 7 с каждой заряженной частицей в нашем списке: Q + 7 <-> Q. Как и
раньше, мы будем понимать, что это соотношение учитывает Q± + 7 Q±,
Q+ + Q~ 7, и Q+ + Q" +7^0. Ха-
рактеристической константой связи любого из этих взаимодействия является
электрический заряд частицы. Он меньше, чем константа связи сильного
взаимодействия. Поскольку и- и d-кварки имеют разные заряды,
электромагнитное взаимодействие нарушает изотопическую спиновую
симметрию. Но оно сохраняет аромат, а следовательно, барионное и
лептонное числа; конечно же, сохраняется и электрический заряд.
Сильное взаимодействие осуществляется, если можно так сказать, глюонами,
