Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
(VIII.2.1.5°), обладающий «скрытой прелестью»: Y = 66; идентифицирован также В-мезон с «явной прелестью». Адроны, включающие кварк t, пока не зарегистрированы.
6°. Чтобы построить ?2“-гиперон (S = -3, J = 3/2), необходимы три кварка s (S = -I, J = 1/2) с параллельными спинами, что противоречит принципу Паули (VI.2.3.1°). Для разрешения этой трудности кваркам было приписано дополнительное квантовое число, принимающее три значения. Оно именуется цветом со значениями: R (red — красный), G (green — зеленый), В (blue — голубой). Антикваркам приписываются
§ VIII.2.4. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ
677
«антицвета» R, G, В, которые можно рассматривать как дополнительные к основным цветам R, G, В1.
Мезоны можно считать составленными из одного кварка и одного антикварка, представленными всеми цветами (например, в символической форме записи, U+ = uRdn + uq(Ig +
+ ивйв), а барионы строятся из трех кварков разных цветов
(скажем, = SrSqSb), так что принцип Паули не нарушается. Таким образом, реально наблюдаемые адроны являются белыми, или бесцветными, частицами. Этим же свойством обладают и лептоны, только у них, как у фундаментальных частиц, нет даже «скрытого» цвета.
7°. Кварки интенсивно искали, но безуспешно. Сейчас общепринятой является точка зрения, согласно которой кварки, будучи цветными объектами, в принципе не могут существовать в свободном состоянии, а входят только в состав белых частиц — адронов. Теоретическое обоснование «конфайнмен-та» цвета (его «удержания», «пленения») находится пока в стадии разработки. Однако справедливость модели кварков в целом не вызывает сомнений. Она позволила разобраться со всем многообразием адронов и их свойств, а многие ее нетривиальные предсказания нашли экспериментальное подтверждение.
8°. Третий класс (наряду с лептонами и кварками) фундаментальных частиц составляют переносчики взаимодействий. Крупнейшим достижением физики 70-х гг. является установление единства механизмов фундаментальных взаимодействий. Их элементарными актами являются процессы испускания и поглощения данной частицей некоторой другой частицы, как раз и определяющей тип взаимодействия. Силы, действующие между двумя частицами, трактуются как результат их обмена промежуточной частицей (ср. с VIII.1.3.6°), которая и называется переносчиком взаимодействия. Таким образом, механизмы всех фундаментальных взаимодействий — обменные. Конкретные их переносчики вместе с основными характеристиками указаны в табл. VIII.2.5 (см. также табл. VIII.2.1).
1 Разумеется, к физиологии зрения «цвет* никакого отношения не имеет, но принятая терминология весьма удобна.
678
ГЛ. VIII.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Радиус данного взаимодействия (табл. VIII.2.1) связан с массой его переносчика соотношением1:
R ~ Ь/тс.
9°. Переносчик электромагнитного взаимодействия — ней-тральный безмассовый фотон у. Вероятность испускания и поглощения фотона частицей определяется ее электрическим зарядом, который тем самым служит мерой интенсивности электромагнитного взаимодействия (VIII.2.2.8°). Так как ту = О, то радиус электромагнитного взаимодействия бесконечно велик (УП1.2.2.8°, п. 8°). В нем участвуют все кварки и заряженные лептоны, а также сам фотон. При испускании и поглощении фотона аромат и цвет фундаментальных частиц не изменяется. Предсказания теории электромагнитного взаимодействия — квантовой электродинамики — совпадают с результатами измерений с точностью до десяти (!) значащих цифр.
Таблица VIII.2.5
Взаимодействие Переносчи- ки Сим- вол J, h Масса, ГэВ Аромат Цвет
Сильное 8 глюонов Si 1 0 — +
Электро- 1 фотон Y 1 0 — —
магнитное
Слабое 3 проме- Wi ~ 80
жуточных бозона Z0 1 * 90 + —
Гравитационное 1 гравитон G 2 0 — —
10°. Переносчики сильного взаимодействия — восемь электрически нейтральных безмассовых глюонов gi7 несущих цвет и антицвет. Испуская глюон или поглощая его, кварк изменяет свой цвет, но не аромат. Например, кварк uR может испускать глюон RG, превращаясь в uG, а кварк uG может погло-
1 Исключение составляет сильное взаимодействие, так как, подобно кваркам, его переносчики глюоны подвержены конфайнменту (п. 7°, 9°).
§ VIII.2.4. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ
679
тить этот глюон, превращаясь в ид. Таким образом, аналогом электрического заряда для сильного взаимодействия является цвет1, благодаря чему в нем могут непосредственно участвовать только кварки, но не лептоны. Сами глюоны подвержены только сильному (и практически несущественному гравитационному) взаимодействию. Наблюдаемое взаимодействие между белыми адронами, в частности ядерные силы, есть результат наличия у них «скрытого» цвета. В процессах сильного взаимодействия ароматы кварков не меняются, чем сразу объясняется сохранение в них квантовых чисел типа странности (VIIL2.3.90). Современной теорией сильного взаимодействия является квантовая хромодинамика, основы которой заложены, но которая пока не завершена. Она предсказывает взаимодействие глюонов друг с другом, которое, по-видимому, и приводит к явлению конфайнмента (п. 7°).
