Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)
Шрифт:
Более подробное рассмотрение показывает, что значение кваркового состава и свойств симметрии кварковой системы даёт возможность определить все основные квантовые числа адрона (J, Р, В, Q, I, Y, Ch ), за исключением массы; определение массы требует знания динамики взаимодействия кварков и массы кварков, которое пока отсутствует.
Табл. 3. — Кварковый состав мезонов с JP = 0— ()
| Частица | Состав | Частица | Состав |
| p+ | pn | h’ | |
| p | hc | cc | |
| p– | pn | F+ | c l |
| h | F– | c l | |
| K+ | p l | D | pc |
| K | n l | D– | nc |
| K– | p l | D | pc |
| K | n l | D+ | nc |
| Частица | Состав | Частица | Состав |
| r+ | pn | j | ll |
| r | y | cc | |
| r– | pn | F*+ | c l |
| w | F*– | c l | |
| K*+ | p l | D* | pc |
| K* | n l | D*– | nc |
| K*– | p l | D* | pc |
| K* | n l | D*+ | nc |
В качестве иллюстрации в табл. 3 и 4, 5 и 6 приведён вытекающий из описанных представлений кварковый состав мезонов 0– и 1– и барионов 1 /2+ и 3 /2+ и его соответствие известным частицам (символы наблюдавшихся частиц подчёркнуты). Всюду в таблицах предполагается необходимое суммирование по цветам кварков. Как следует из таблиц, все обычные и странные адроны, которые должны существовать при заданной кварковой структуре, наблюдались экспериментально. Пока нет полных данных для адронов с Ch ¹ 0, однако изученные частицы полностью соответствуют указанной картине.
Правильно передавая специфику адронов с наименьшими массами и спинами при заданных значениях Y и Ch, кварковая модель естественным образом объясняет также общее большое число адронов и преобладание среди них резонансов. Многочисленность адронов — отражение их сложного строения и возможности существования различных возбуждённых состояний кварковых систем. Не исключено, что число таких возбуждённых состояний неограниченно велико. Все возбуждённые состояния кварковых систем неустойчивы относительно быстрых переходов за счёт сильных взаимодействий в нижележащие состояния. Они и образуют основную часть резонансов. Небольшую долю резонансов составляют также кварковые системы с параллельной ориентацией спинов (за исключением W– ). Кварковые конфигурации с антипараллельной ориентацией спинов, относящиеся к осн. состояниям, образуют квазистабильные адроны и стабильный протон.
Возбуждения кварковых систем происходят как за счёт изменения вращательного движения кварков (орбитальные возбуждения), так и за счёт изменения их пространств. расположения (радиальные возбуждения). В первом случае рост массы системы сопровождается изменением суммарного спина J и чётности Р системы, во втором случае увеличение массы происходит без изменения JP . Например, мезоны с JP = 2+ являются первым орбитальным возбуждением (l = 1) мезонов с JP = 1– . Соответствие 2+ мезонов и 1– мезонов одинаковых кварковых структур хорошо прослеживается на примере многих пар частиц:
Мезоны r' и y' — примеры радиальных возбуждений r- и y-мезонов соответственно (см. табл. 1).
Орбитальные и радиальные возбуждения порождают последовательности резонансов, отвечающие одной и той же исходной кварковой структуре. Отсутствие надёжных сведений о взаимодействии кварков не позволяет пока производить количественные расчеты спектров возбуждений и делать какие-либо заключения о возможном числе таких возбуждённых состояний.
При формулировке кварковой модели кварки рассматривались как гипотетические структурные элементы, открывающие возможность очень удобного описания адронов. В дальнейшем были проведены эксперименты, которые позволяют говорить о кварках как о реальных материальных образованиях внутри адронов. Первыми были эксперименты по рассеянию электронов нуклонами на очень большие углы. Эти эксперименты (1968), напоминающие классические опыты Резерфорда по рассеянию a-частиц на атомах, выявили наличие внутри нуклона точечных заряженных образований. Сравнение данных этих экспериментов с аналогичными данными по рассеянию нейтрино на нуклонах (1973—75) позволило сделать заключение о средней величине квадрата электрического заряда этих точечных образований. Результат оказался удивительно близким к величине 1 /2 [(2 /3 e )2 +(1 /3e )2 ]. Изучение процесса рождения адронов при аннигиляции электрона и позитрона, который предположительно идёт через последовательность процессов:
Табл. 5. — Кварковый состав барионов с JP = ½+ ()
|
| Состав | Частица | Состав |
| p | ppn | nnc | |
| n | pnn | [pn ]c | |
| L | [pn ]l | {p l}c | |
| S+ | pp l | {n l}c | |
| S | {pn }l | [p l]c | |
| S– | nn l | [n l]c | |
| X | p ll | llc | |
| X– | n ll | pcc | |
| Ppc | ncc | ||
| {pn }c | lcc |
Табл. 6. — Кварковый состав барионов с JP = 3 /2
| Частица | Состав | Частица | Состав |
| D++ | {ppp } | {ppc } | |
| D+ | {ppn } | {pnc } | |
| D | {pnn } | {nnc } | |
| D– | {nnn } | {p lc } | |
| S*+ | {pp l} | {n lc } | |
| S* | {pn l} | {llc } | |
| S*– | {nn l} | {pcc } | |
| X* | {p ll} | {ncc } | |
| X* | {nll} | {lcc } | |
| W– | {lll} | {ccc } |
Т. о., квантовые числа кварков, введённые на основании теоретических соображений, получили подтверждение в ряде экспериментов. Кварки постепенно приобретают статус новых Э. ч. Если дальнейшие исследования подтвердят это заключение, то кварки являются серьёзными претендентами на роль истинно Э. ч. для адронной формы материи. До длин ~ 10– 15см кварки выступают как точечные бесструктурные образования. Число известных видов кварков невелико. В дальнейшем оно может, конечно, измениться: нельзя поручиться за то, что при более высоких энергиях не будут обнаружены адроны с новыми квантовыми числами, обязанные своим существованием новым типам кварков. Обнаружение Y– мезонов подтверждает эту точку зрения. Но вполне возможно, что увеличение числа кварков будет небольшим, что общие принципы накладывают ограничения на полное число кварков, хотя эти ограничения пока неизвестны. Бесструктурность кварков также, возможно, отражает лишь достигнутый уровень исследования этих материальных образований. Однако ряд специфических особенностей кварков даёт некоторые основания предполагать, что кварки являются частицами, замыкающими цепь структурных составляющих материи.