Слабые взаимодействия нарушают симметрии

    Пространственная четность P характеризует поведение волновой функции при зеркальном отражении. Поэтому сохранение пространственной четности означает существование зеркальной симметрии. Если пространственная четность сохраняется, то для зеркально-симметричного процесса вероятность вылета продуктов под углами   и  -   по отношению к некоторому выделенному направлению должны быть равны. Долгое время считалось, что четность замкнутой системы не меняется в результате происходящих в ней процессов и это справедливо для любых процессов.     Ли Цзун-дао и Янг Джень-нинпредположили, что в слабых взаимодействиях пространственная четность не сохраняется. Они предложили для проверки закона сохранения пространственной четности использовать  -распад поляризованных ядер. Поляризация ядер позволяла фиксировать выделенное направление - спин ядра (спин ядра не меняется при инверсии координат.    В слабых взаимодействиях в отличие от сильных и электромагнитных также отсутствует симметрия относительно зарядового сопряжения - замены всех частиц на соответствующие античастицы. Однако, как впервые было указано Л. Ландау, Ли Цзун-дао и Янг Джень-нином в 1956 году в слабых взаимодействиях должна сохранятся комбинированная инверсия (CP-четность) - одновременная замена частиц на античастицы и зеркальное отражение.     Однако, в 1964 году В. Фитчем, Дж. Кронином, Р. Турле и Дж. Христенсоном в экспериментах по распаду K⁰-мезонов было обнаружено нарушение закона сохранения CP-четности.

23, Б!!!

Основные положения модели кварков

Все сильновзаимодействующие частицы состоят из кварков; кварки являются фермионами; по современным представлениям они бесструктурны.

Кварки имеют внутренние квантовые числа: электрический заряд Q, спин 1/2, четность P, барионное число B, изоспин I, проекцию изоспина I₃, странность s, шарм c, bottomness b, topness t. Совокупность этих внутренних квантовых чисел, характеризующих определенный тип кварка, называется также "ароматом" кварка. Характеристики кварков приведены в табл.1.

Квантовые числа кварков определяют характеристики адронов.

Барионы (фермионы с барионным числом B = 1) строятся из трех кварков.

Антибарионы (фермионы с барионным числом B = -1) строятся из трех антикварков.

Мезоны (бозоны с барионным числом B = 0) строятся из кварка и антикварка.

Квантовое число "цвет" приписывается всем кваркам независимо от типа (аромата). Цвет имеет три значения. Обычно их обозначают красный (К), зеленый (З), синий (С). Кварк обладает единичным цветовым зарядом К, З или С. Цвет соответствующего антикварка обозначается   (антикрасный),   (антизеленый),   (антисиний) и является дополнительным к цвету кварка.

Известные барионы и мезоны - бесцветны; в них все цвета смешаны равномерно. Такие состояния, называемые цветовыми синглетами не меняются при вращении в трехмерном цветовом пространстве.

Кварки в адронах связаны глюонами.

Кварки участвуют в сильных взаимодействиях, излучая или поглощая глюон g, при этом тип (аромат) кварка остается неизменным, цвет кварка может измениться

Вершина сильного взаимодействия кварков

Кварки участвуют в электромагнитных взаимодействиях, излучая или поглощая   -квант, при этом не изменяется ни цвет, ни тип (аромат) кварков.

Вершина электромагнитного взаимодействия кварков

Кварки участвуют в слабых взаимодействиях, излучая или поглощая W^± или Z-бозоны, при этом может изменяться тип (аромат) кварка, цвет кварка при этом остается без изменения

Вершины слабого взаимодействия кварков;

Каждому адрону приписывается определенная внутренняя четность. Внутреннюю четность адрона легко получить, воспользовавшись следующими правилами:

Правило 1. Четность кварка равна +1 и не зависит от типа кварка.

Правило 2. Четность антикварка равна -1 и не зависит от типа кварка.

Правило 3. Внутренняя четность адрона равна произведению четностей входящих в его состав кварков, умноженному на  , где L-орбитальные моменты кварков в составе адрона.

КВАРКИ

Характеристика	Тип (аромат) кварка
	d	u	s	c	b	t
Электрический заряд Q	-1/3	+2/3	-1/3	+2/3	-1/3	+2/3
Барионное число B	1/3	1/3	1/3	1/3	1/3	1/3
Спин J	1/2	1/2	1/2	1/2	1/2	1/2
Четность P	+1	+1	+1	+1	+1	+1
Изоспин I	1/2	1/2	0	0	0	0
Проекция изоспина I3	-1/2	+1/2	0	0	0	0
Странность s	0	0	-1	0	0	0
Очарование (сharm) c	0	0	0	+1	0	0
Красота (bottomness или beauty) b	0	0	0	0	-1	0

К середине шестидесятых годов число обнаруженных сильновзаимодействующих элементарных частиц - адронов перевалило за 100. Возникла уверенность, что наблюдаемые частицы не отражают предельный элементарный уровень материи.     В 1964 году независимо друг от друга М. Гелл-Манн и Д. Цвейг предложили модель кварков - частиц, из которых могут состоять адроны. Появление такой модели было вполне естественным. Эксперименты по рассеянию электронов на нуклонах показали, что нейтрон и протон в отличие от электрона имеют сложную структуру. Поэтому гипотеза о новых фундаментальных частицах, из которых можно строить адроны, казалась вполне правдоподобной.      Легко видеть, что кварков в составе нуклона должно быть не меньше двух, чтобы из них можно было получить нулевой электрический заряд нейтрона и положительный - протона. Спины у нуклонов 1/2, следовательно, для того, чтобы получить такие спины, кварков в нуклоне должно быть нечетное число, а спины их полуцелые. Таким образом, в нуклоне должно быть 3 кварка двух типов. Решая несложную систему уравнений для электрических зарядов

q₁ + q₁ + q₂ = 0, q₁ + q₂ + q₂ = 1,

получим q₁ = -1/3 и q₂ = +2/3. Приписав кваркам такие заряды и положив их спины 1/2, можно описать не только нуклоны и нуклонные резонансы, но и   и  -мезоны. Барионы "конструировались" из трех кварков, мезоны "конструировались" из кварка и антикварка.      Все обнаруженные до 1974 г. адроны, в том числе и странные, для которых необходимо было ввести s-кварк,  можно было описать, составляя их из кварков всего лишь трех типов - u, d, s. При этом трехкварковая модель адронов казалась достаточно замкнутой - каждой комбинации кварков соответствовала экспериментально наблюдаемая частица, а "лишних" частиц не получалось.      1974 год завершился для физиков сенсацией. Одновременно две группы физиков объявили о наблюдении новой частицы. Теперь ее называют  . Масса обнаруженной частицы ~3.1 ГэВ. Причиной сенсации было необычайно большое время жизни  . Оказалось, что ее время жизни почти в 1000 раз больше, чем у известных частиц такой массы. Дальнейшие исследования показали, что причиной такого долгожития является то, что в ее состав входит новый неизвестный ранее с-кварк, названный очарованным кварком.Было высказано предположение, что   это мезон, состоящий из с-кварка и с-антикварка, т.е. это частица со скрытым очарованием. Так же как с s-кварком связано квантовое число s - странность, с-кварк несет новое квантовое число c, названное "очарованием". Очарованный кварк должен порождать новое семейство адронов, имеющих в своем составе с-кварк или с-антикварк. Все эти частицы тяжелые, т.к. масса очарованного кварка больше массы странного кварка. Итак кварков стало 4, но на этом открытие новых кварков не завершилось.     В 1977 году были открыты нейтральные мезоны с массами около 10 ГэВ. Они получили название ипсилон-мезонов. Так же как и  -мезоны они наблюдались в реакции образования мюонных пар в протон-ядерных столкновениях и на электронно-позитронных коллайдерах и также как  -мезоны они долго живущие (ширина распада  -мезона 53 кэВ). Это означало открытие пятого кварка b (от beauty). В состав  -мезона входят b-кварк и b-антикварк и он обладает скрытой красотой.     После почти двадцатилетних поисков, в 1995 году был открыт шестой, самый "тяжелый" кварк - t-кварк.     Таким образом, на этом этапе развития наших представлений о структуре материи на первый план выходят "новые элементарные частицы" - кварки. Все адроны состоят из шести кварков и есть достаточно серьезные основания считать, что их не должно быть больше.