Фундаментальные бозоны

Таким образом, (без учета античастиц) экспериментально установлено существование 12 фундаментальных фермионов и 12 фундаментальных бозонов.

Фундаментальные фермионы подразделяются на три поколения, однако окружающий нас мир практически полностью построен из частиц первого поколения (наименее массивных). Частицы второго и, тем более, третьего поколений могут быть обнаружены только при высоких энергиях. Электрически нейтральные лептоны – нейтрино (см. первую строку Табл. 8.1) участвуют лишь в слабых взаимодействиях. Лептоны, электрон, мюон и таон — заряженные бесструктурные частицы, участвующие как в слабом, так и электромагнитном взаимодействии.     Шесть кварков (q) — бесструктурные частицы с дробными значениями электрического заряда. В свободном состоянии эти частицы не наблюдаются, они входят в состав наблюдаемых частиц – адронов.

Все адроны участвуют в сильных взаимодействиях делятся на два класса: барионы и мезоны. Барионы имеют полуцелый спин, т. е. являются фермионами и подчиняются принципу Паули. Мезоны — частицы с целым значением спина.   Все адроны — частицы, имеющие внутреннюю структуру. Они состоят из кварков (q) и антикварков ( ), причем барионы состоят из трех валентных кварков (qqq), а мезоны – из кварка и антикварка ( ). Кварки являются фермионами со спином 1/2.     Квантовые числа кварков перечислены в табл. 8.5. В таблице даны английские термины, обозначающие тип кварков и некоторые из их квантовых чисел, общепринятые в научной литературе.

Таблица 8.5

Квантовые числа кварков

Квантовое число	Аромат (Flavor)
	u	d	c	s	t	b
Q	+2/3	–1/3	+2/3	–1/3	+2/3	–1/3
I3	+1/2	–1/2	0	0	0	0
B	1/3	1/3	1/3	1/3	1/3	1/3
c (charm)	0	0	+1	0	0	0
s (strangeness)	0	0	0	–1	0	0
t (topness)	0	0	0	0	+1	0
b (bottomness)	0	0	0	0	0	–1

Барионный заряд кварков равен 1/3, а спин полуцелый. Очевидно, что структуры из трех кварков (qqq) (барионы) имеют полуцелый спин и барионный заряд B = 1. К числу барионов относятся протон и нейтрон с кварковыми структурами p = (uud), n = (udd).

Антикварки имеют то же значение спина, что и кварки, т.е. 1/2. Все другие квантовые числа антикварков равны по абсолютной величине и противоположны по знаку квантовым числам кварков. Например, структура протона p = (uud), а антипротона . Поэтому электрический заряд антипротона равен Q( ) = 2/32/3+1/3 = 1, а барионный заряд B( ) = (1/3) 3 = 1, т. е. электрический и барионный заряды антипротона и протона равны по величине и противоположны по знаку.    Частицы, состоящие из кварка и антикварка, называются мезонами, их

барионный заряд B = 0. Тип кварка (u, d, s, c, b, t) принято называть его ароматом (flavor).

Квантовые числа адронов и кварков связаны между собой формулой Гелл – Манна – Нишиджимы

, (8.1)

где величина называется гиперзарядом частицы.

Помимо перечисленных в табл. 8.3 характеристик, кварки обладают еще одним квантовым числом, называемым «цвет» (color). Каждый из шести ароматов кварков (u, d, c, s, b, t) существует в трех цветовых разновидностях: G, B, R (желтой, синей или красной). Антикварки несут соответствующие цветовые антизаряды: (антижелтый, антисиний, антикрасный). В сильном взаимодействии цвет (цветовой заряд) кварка играет ту же роль, что и электрический заряд частицы в электромагнитном взаимодействии. Цветовой заряд является источником глюонного поля. Адроны бесцветны, цвета составляющих их кварков в сумме дают отсутствие цвета («белый» цвет). Переносчики сильного взаимодействия, глюоны, имеют не один, а два цветовых заряда, так как они связывают между собой «цветные» кварки. Всего имеется не девять, а восемь цветных глюонов, поскольку комбинация не имеет цветового заряда (т. е. является «белой») и не приводит к сильному (цветовому) взаимодействию. Свободные кварки и глюоны не существуют: они «заперты» внутри бесцветных адронов. Это свойство кварков называется конфайнментом. Хромодинамика – квантовая теория, описывающая сильное (цветовое) взаимодействие.