Адроны

Адроны не являются полноценными фундаментальными частицами. Их составной характер уже доказан теоретически и экспериментально. Заметьте: составные части есть, а расщепить нельзя. Как так получается? Эту загадку мы чуть позже обсудим.

В 1964 году американцы Гелл-Манн и Цвейг независимо друг от друга выдвинули гипотезу о том, что адроны состоят из точечных частиц с дробными зарядами. Гелл-Манн назвал гипотетические частицы кварками, и это название прижилось.

Гелл-Манн вспоминал, что слово «кварк» он взял из фантастического романа Джойса «Поминки по Финнегану». Там герою снился сон, в котором чайки кричали: «Три кварка для мистера Марка!» Хотя quark с немецкого переводится как творог, в контексте романа это слово означало нечто загадочное. А в первоначальной теории кварков действительно было три.

 

Впоследствии число кварков пришлось увеличить до шести, чтобы объяснить всё многообразие вновь открытых адронов.

В 1969 году на ускорителе в Стэнфорде в опытах по рассеянию сверхбыстрых электронов нуклонами было обнаружено, что внутри протона и нейтрона имеются три точечных рассеивающих центра: снаряды-электроны, натыкаясь на них, отскакивали, как альфа-частицы от ядер в опытах Резерфорда.

Кварковая гипотеза объяснила всё многообразие известных адронов и предсказала существование новых. Все ее предсказания замечательно подтвердились.

Итак, на настоящий момент известно шесть типов кварков (вместо слова «типов» физики говорят «ароматов»; как вы увидите, при описании кварков физики вообще оказались очень поэтичными). Три аромата имеют заряд плюс 2/3 (в долях элементарного заряда е) и три — заряд минус 1/3. Кроме того, есть шесть антикварков, которые отличаются знаками заряда.

Кварки, как и лептоны — это фундаментальные частицы, не имеющие собственного размера и структуры. Красиво получилось, что и тех, и других — шесть видов.

Перечислим все шесть ароматов кварков.

Кварки с зарядом +2/3 называют верхними, это:

• u-кварк (от англ. «up» — вверх) — верхний;
• с-кварк (от анг. «charm» — очарование) — очарованный;
• t-кварк (от англ. «truth» — истина) — истинный.

Кварки с зарядом -1/3 называют нижними, это:

• d-кварк (от англ. «down» — вниз) — нижний;
• s-кварк (от англ. «strange» — странный) — странный;
• b-кварк (от англ. «beauty» — красота) — прелестный.

Как и лептоны, кварки делят на три поколения: каждое следующее поколение всё более массивное и всё менее стабильное. Таблица кварков выглядит следующим образом:

Все фундаментальные частицы — как лептоны, так и кварки — имеют спин 1/2.

Кварки участвуют во всех фундаментальных взаимодействиях: слабом, сильном, электромагнитном.

За счет сильного взаимодействия кварки объединяются в адроны.

Барионы состоят из трёх кварков и поэтому имеют полуцелый спин.

Мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка и поэтому имеют целый спин.

Всё вещество окружающего мира состоит из фундаментальных частиц первого поколения: кварков u, d и электронов. Легко сообразить, что кварковый состав протона uud (просто просуммируйте заряды этих кварков), а состав нейтрона udd.

А теперь приступим к описанию того, как происходят фундаментальные взаимодействия, и начнём с электромагнитного.