3.2. Адронның кварктық құрылымы

Біз протон мен нейтронның аномал магнит моменті барын айттық. Электронның электр заряды және магнит моменті бірге тең екендігін қазіргі күні тәжірибеде 10^-6 дәлдік пен дәлелдеп отыр. Ал протонның электр заряды бірге тең, бірақ оның магнит моменті 2,79 немесе бірден үлкен, бұл протон қосымша электрмагниттік әсересуге түседі деген сөз. Онда мұны қалай түсіндіруге болады. Физиктер өткен ғасырдың алпысыншы жылдары бұл мәселеге жауап берген еді. Олар: протон және нейтрон ішкі құрылымды, ал электрон және миондар ішкі құрылымсыз нүктелік бөлшектер деген тұжырымға келді. Егер протон мен нейтрон ішкі құрылымды болса, онда олар қандай нүктелік бөлшектерден тұрады, олардың қандай қасиеттері бар деген сұрақтар туындайды.

Гелл-Манн мен Цвегтің 1964 жылы көтерген, байырғы адрондарға қарағанда фундаменталдырақ және оларды түзететін бөлшектер кварктар жайлы тамаша гипотеза, сапалық түрде болса да, осы кезге дейін жиналып қалған және кейінірек табылған тәжірибе деректерін біртұтас көзқарас негізінде түсіндіруге мүмкіндік берді. Олардың ішіндегі ең маңыздылары:

1. Мезондар кварк пен антикварктың, ал бариондар үш кварктың байланысқан күйі деп алудың арқасында адрондардың негізгі және қозған күйлерінің сұрыпталуынын тәртіпке келтіру мүмкін болды;

2. Кварктардың адрондар ішіндегі қозғалысының қарапайым релятивистік емес үлгісінің көмегімен адрондардың статикалық қасиеттерін, сонымен қатар, олардың бірбөлшектік өтулерін көрсетеді;

3. Үздіксіз кварктар ережесі негізінде бірқатар осыған дейін түсініксіз болып келген деректерге түсініктеме беру мүмкін болды, мәселен, векторлық φ−мезонның үш пионға ыдырауының қамтамасыз етілмеуі, сонымен қатар, φ−мезонның нуклон−нуклондық және пион−нуклондық соқтығысуларда сирек пайда болуы;

4. Жеткілікті жоғары энергияның кезінде соқтығысатын адрондардың құрамына кіретін кварктар бір−бірінен тәуелсіз шашырайды деген болжамның негізінде адрондардың толық қималарының арасындағы қарапайым қатынастарды табу мүмкін болды.

5. Адрондар, олардың өзара әрекеттесуі кезінде элементар бөлшектер рөлін атқаратын фундаменталдырақ объекттерден тұрады деген гипотеза электрондардың, мюондардың және нейтринолардың нуклондардан терең серпімсіз шашырауы бойынша жүргізілген тәжірбиеден кейін күшті қолдау тапты.

Нуклон өзінің лептонмен тәуелсіз және серпімді соқтығысатын өте көп бөліктерден нуклон импульсінің үлесін тасымалдайтын партондардан тұратын секілді етіп көрсетеді екен. Осы партондардың ең болмағанда бір бөлігі адрондарды түзетін кварктар болып табылады деп алу әбден табиғи нәрсе. Мұндай болжам тікелей негіздеме де тапты: серпімсіз терең электрмагниттік процестер мен әлсіз процестердің деректері бойынша партондардың зарядын анықтау мүмкін болды, ол бөлшек болып шықты. Бірақ, бірден «құраушы кварктар» деп аталатын адрондарды түзетін кварктар мен серпімсіз терең процестерде білінетін кварк−партондардың немесе «тоқ кварктарының» арасындағы айырмашылыққа назар аудару керек. Құраушы кварктардың саны тұрақты, белгілі, олар бариондарда үшеу және мезондарда екеу ғана. Олардың массалары жеткілікті үлкен және протоның массасының үштен біріндей болады. Тоқ кварктарының саны шектеусіз көп. Олардың массасы азғантай, бірнеше МэВтен аспайды деп саналады. Барионның кванттық сандарын тасымалдайтын бастапқы, негізгі кварктар немесе мезонның кванттық сандарын тасымалдайтын кварк және антикварк «валенттік» тоқ кварктары деп, ал жұп−жұп болып пайда болатын кварктар және антикварктар «теңіз» кварктары деп аталады. Тоқ кварктардың тегі релятивистік болып табылады.

Лептондар нағыз элементар бөлшектер болып саналады, себебі олар құрама бөліктерге ыдырамайды, ішкі құрылымы да, белгілі өлшеуге жарайтындай мөлшерлері де жоқ.

Екінші жағынан, адрондар өте күрделі бөлшектер болып шықты. Тәжірибелер адрондардың ішкі құрылымы бар екендігін көрсетеді. Олардың көп санды екендігінің өзі бұл бөлшектердің элементар емес екендігіне сілтейді. Жаңа бөлшектерді кварктар деп атап кетті. Кварктар да лептондар тәрізді нағыз бөлшектер болып табылады. Кварктардың үш түрі және әріптерімен белгіленді [ағылшынның (жоғары), (төмен) және (бүйірге) деген сөздерінен ( әрпін көбіне қыңыр, ғажап, бөгде деген сөзбен байланыстырады]. Кварктардың электр зарядтары бөлшек 1/3 немесе 2/3 деп есептеледі (электронның 1/3 немесе 2/3 зарядына тең, яғни минимал зарядтан кіші). Сол кезде белгілі болатын адрондарды теориялық тұрғыдан алғанда, сол бұрынғы және үш кварктардан құрастыруға болатын еді. Мезондар кварк-антикварк жұбынан тұрады. Мысалы, -мезон дегеніміз жұбынан тұрады ( ). Екінші жағынан, . Бариондар үш кварктардан тұрады.

Кварктардың қасиеттерін анықтайтын кванттық сандары болады. Мысалы, электр заряды (Q), барион саны (N_b), изотоп спині (I), қыңырлығы (s), т. б . Осы сандары келесі кестеде көрсетілген