2− Кесте. Кварктардың қасиеттері

Кварктар жайлы гипотеза көтерілгеннен кейін көп ұзамай физиктер бөлшек зарядты бөлшектерді іздестіруге кірісті. Қосалқы тәжірибелік деректер олардың болатындығына сілтесе де, оларды тікелей тәжірибе жүзінде тіркеу мүмкін болмай отыр. Кварктар қатты байланысқан, олар бос күйде кездеспейді (тек адрондардың құрамында болады) деген болжам көтерілді.

1964 жылы физиктер төртінші кварк бар деген тоқтам жасады. Олар табиғаттағы терең симметрияға, лептондар мен кварктардың арасындағы байланысқа сүйенген болатын. Егер төрт лептон болатын болса, онда кварктар да төртеу болуы керек деп түйін деді. Төртінші кварк сиқырланған деген атауға ие болды. Оның электр заряды (+2/3)е болу керек. Сонымен қатар, төртінші кварктың қалған үш кварктардан өзгеше жаңа қасиеті болуы тиіс. Осы жаңа қасиеті немесе жаңа кванттық сан сиқырлық (немесе чарм) деп аталды. сиқырлық өзін қыңырлық секілді ұстайды деп ойлады: пәрменді және электрмагниттік әрекеттесулерде сақталады да, ал әлсіз әрекеттесуде сақталмайды. Сиқырланған жаңа кваркта , ал оның антикваркында болады.

Бірақ та сиқырланған кваркты тәжірибе қажет ете қойған жоқ, 1974 жылға дейін белгілі адрондарды алғашқы үш кварктардың комбинациясымен түсіндіруге болатын еді. Теория тағы да барионның болатындығын көрсетті ( ), бұл барион да жуық арада табылды. Бірақ 1974 жылы тәжірибе қоюшы физиктердің екі тобы бір-біріне тәуелсіз түрде жаңа ауыр мезонды ашты. Жаңа мезон -мезон деп аталды (көбіне -мезон деп аталады). Ол үш кварктық құрылымға сыйыспады. Оның массасы 3100 МэВ/с² – барлық белгілі мезондардан артық; оның жеңілірек мезонның (өзінің ыдырауы мүмкін мезонының) қозған күйі болуы мүмкін емес, бұлай болғанда оның өмір сүру уақыты шамамен болған болар еді. Ал тәжірибеде өлшеулер бұл мезонның өмір сүру уақытының бұдан 1000 еседей артық, яғни шамалас болатындығын көрсетті. Жуық арада -мезонды сиқырланған кварктың көмегімен түсіндіруге болатындығы анықталды: -мезон сиқырланған кварк пен оның антикваркының комбинациясы болып шықты. –мезонның сиқырлығы нөлге тең ( ), сондықтан ол пәрменді әрекеттесу арқасында адрондарға ыдырай алады (мысалы, бірнеше пиондарға, және т. б.). Мұндай ыдыраулар бақыланған-ды. –мезонның өмір сүру уақыты пәрменді әрекеттесу бойынша ыдырайтын басқа бөлшектердің өмірінен 1000 есе артық. Мұны теория осы мезонның құрамына кіретін әрбір сиқырланған және кварктардың әуелі ыдырау кезінде пайда болатын адрондарды түзетін сиқырланбаған кварктарға айналатындығымен түсіндіреді. Мұндай түрлену ыдырау жылдамдығын азайтады.

-мезон ашылғаннан кейін жуық арада оған ұқсас, массасы 3685 МэВ/с² болатын -мезон, сонымен қатар, әулетінің басқа да мезондары ашылды. Олардың барлығы да байланысқан күйлер деп есептеледі.

-мезонның және осы әулеттің бөлшектерінің сиқырлығы болмаса да, комбинацияларының массасы үлкен біреуінің ыдырауы кезінде сиқырланған мезондардың пайда болуы мүмкін. Басқаша айтқанда, ыдырау нәтижесінде және кварктар түрліше бөлшектерде болып шығып, оларға өзінің +1 және –1 сиқырлықтарын беруі мүмкін. Мұндай ыдырау кезінде басқа кварктардың да пайда болуы мүмкін. Мысалы,

ыдырауын

түрінде жазуға болады. _{( )} квактарды жасау үшін энергия керек. кварктың да және антикварктың да кванттық сандары мен электр зарядтары қарама-қарсы болғандықтан, сақталу заңдары бұзылмайды: осы кварк пен антикварк жұбын жасау үшін тек энергия ғана керек. болатын комбинациясы -мезон деп, ал комбинациясы оның антибөлшегі -мезон деп аталып кетті. Осы мезонды және оның нейтрал түрі -мезонды іздеу 1977 жылы табысты аяқталды. –мезонның массасы 1770 МэВ/с² болып шықты. Одан кейінгі тәжірибелер сиқырланған бариондардың да болатындығын көрсетті.

Тағы бір тамаша оқиға тәжірибеде массасы 1784 МэВ/с² болатын -лептонның табылуы болды. Электрон мен мюонға қатысты тәрізді бұл лептонның да өзінің нейтриносы бар. Сөйтіп, лептондар саны алтыға жетті. Бұл тағы да, жаңа екі кварк болмаса, лептондар мен кварктардың арасындағы симметрияны бұзған болар еді. Физик-теоретиктер бесінші және алтыншы кварктардың болатындығын постулаттады. Оларды - және -кварктарға ұқсастығы бойынша, - және -кварктар деп атады ( төбесі және төменгі жағы, асты деген ағылшын сөздерінен). –кварктарды нағыз, шын (ағылшынның сөзінен), ал –кварктарды сұлу, әсем (ағылшынның деген сөзінен) деп атау да қабылданған. Оларға сәйкес жаңа кварктарды ескі кварктардан ажырататын қасиеттері де (кванттық сандары) - және -қасиеттер деп немесе шындық және әсемдік деп аталады. Массасы 9400 МэВ/с² жаңа -мезонды квактардың комбинациясы деп есептейді.

Ядро нуклоннан тұрады. Бұл тек салыстырмалы түсінік. Нуклон үш кварктан тұрады, олай болса нуклоннан тұратын ядроны да кварктардан тұрады деп қарастыруға болады. Нуклондардың әсерлесуін қанағаттандыратын мезондардың алмасуында кварктармен сипаттауға болады. Мысалы, протон мен нейтронның әсерлесуі келесі диаграммамен сипатталады

3-сурет. Протон мен нейтронның әсерлесу

диаграммасы

Сонымен қатар, бариондардың, мезондардың ыдрауы, шашырауы т.б. әрекеттесулері кварк диаграммасымен сипатталады. Мысалы нейтронның β-ыдырауы. Егер ұшып келе жатқан бөлшектің энергиясы аз болса, онда ол ядроның ішіндегі тек нуклондармен ғана әрекетеседі. Егер энергиясы көп болса, сонда ғана нуклондардың ішіндегі кварктармен әрекетесуі мүмкін.

4-сурет. Нейтронның β-ыдырау диаграммасы

1965 жылдан бастап үдеткіштердің қуатын арттырудың мүмкіндігі туындады. Осы кезде жаңа элементар бөлшектер ашылды. Ол дельта изобара, . Мұны барионның қоздырылған күйі деп қарастыруға болады.

Спині:

Спиндері бірдей деген сөз бәрі бір бағытта екендігін білдіреді. Бұл Паули принципіне қайшы келеді. Демек, кварктың сыртында түсті заряды болады деген тұжырым пайда болады. Енді сол мәселеге тоқталайық.

Бақылау сұрақтары:

1. Адрондар неге кварктардан тұрады?

2. Лептон кварктық симметрия деген не?

3. Кварктық диаграмма және адронның әсерлесуі.

4. Кваркты анықтайтын кванттық сандар.

5. Кварктардың қасиеттері.