Рис. 6.2. Схема классификации элементарных частиц.

141

нов. С точки зрения квантовой статистики, частицы с разными (целыми и полуцелыми) спинами могут также разделяться на фермионы (статистика Ферми) с полуцелым спином (1/2): электрон, нейтрон, мюон, протон, нейтрон, гиперон), бозоны (статистика Бозе) с целым (0,1) спином: пион (π-мезон), каон (K-мезон), фотон. Фермионы, все без исключения, возникают или аннигилируют парами. С другой стороны, бозоны могут рождаться или поглощаться по одному и группами по несколько частиц.

В дополнение к закону сохранения числа барионов Гелл-Манн (р. 1929) и Нишиджима в 1953 г. ввели еще одну квантовую характеристику — странность S, для которой тоже существует закон сохранения, согласно которому странность сохраняется во всех сильных (ядерных) взаимодействиях, действующих на расстоянии около 10-13 см. Эти законы позволяют прогнозировать природу взаимодействия различных элементарных частиц. К концу 50-х годов нашего века численность и разнообразие элементарных частиц настолько выросли, что классификация их только по массе, заряду и спину, даже с учетом упомянутых законов сохранения барионного числа и странности, вызывала у физиков-теоретиков значительное неудовлетворение. Появлялись даже идеи, что за этим разнообразием скрывается некая симметрия.

6.3.2. Кварковая модель

Развитием этого поиска явилось еще одно изобретение Гелл-Манна (1963), а затем независимо от него Цвейга (1964) — модель кварков. В этой модели предполагается, что все сильновзаимодействующие элементарные частицы являются комбинациями трех основных частиц (которые и называются кварками) и их античастиц. Название «кварк» взято Гелл-Манном из туманной фразы романа Дж. Джойса «Поминки по Финнегану»: «Три кварка для мистера Марка». Другое объяснение этому термину — это название напоминает английское звукоподражание крику чаек. Кварки имеют необычные

свойства: электрический заряд, равный или , и барионное число (заряд) тоже дробный: равный . Обозначение кварков и антикварков, а также их параметров дано в

табл. 6.1.

142

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Таблица 6.1

Таким образом, основные свойства кварков — заряд q , странность S (0, 0, -1), барионное число В

и спин не похожи на свойства других частиц.

Однако различные комбинации этих гипотетических частиц воспроизводят свойства всех известных адронов с поразительной точностью. Предполагается, что, например, барионы построены из трех кварков, а мезоны из двух кварков (кварк — антикварк). Реальны ли кварки в действительности или эта модель служит лишь удобным средством описания элементарных частиц, но лишена физического реального смысла? Пока это не известно. Кстати, последними исследованиями показано, что кварки не являются самыми «неделимыми». Обнаружены уже протокварки. Тем не менее, несмотря на то что экспериментально кварки в свободном состоянии не обнаружены, в теории элементарных частиц существует так называемая «стандартная модель». Согласно этой модели кварки различаются «ароматом»: и (от up — верхний), d (от down — нижний), s (от strange — странный), с (от charm — очарование), b (от beauty — красота), t (от truth — истинный). Главная особенность всех кварков в том, что они являются обладателями соответствующих сильных зарядов. Заряды сильного поля имеют три равноправные разновидности (вместо одного электрического заряда в теории электрических сил). В исторически сложившейся терминологии эти три разновидности

143

заряда называют цветами кварков, а именно: условно красным, зеленым и синим. Таким образом, каждый кварк в табл. 6.1 и 6.2 является цветной частицей. Смешение всех трех цветов, подобно тому как это имеет место в оптике, дает белый цвет, т. е. обесцвечивает частицу. Все наблюдаемые адроны бесцветны.

Взаимодействия кварков осуществляют восемь разных глюонов. Термин «глюон» в переводе с английского языка означает «клей», т. е. эти кванты и есть частицы, которые как бы склеивают кварки между собой. Как и кварки, глюоны являются цветными частицами, но поскольку каждый глюон изменяет цвета сразу двух кварков (кварка, который испускает глюон, и кварка, который поглотил глюон), то глюон окрашен дважды, неся на себе цвет и антицвет, как правило, отличный от цвета.

Масса покоя глюонов, как и у фотона, равна нулю. Кроме того, глюоны электрически нейтральны и не обладают слабым зарядом.

Современные представления о природе таковы, что в рамках «стандартной модели» существует всего три поколения кварков, лептонов и нейтрино, которые и представляют собой начальный уровень структурной организации материи.

Из лептонов и кварков первого поколения вместе с фотонами построена современная Вселенная. Частицы второго и третьего

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.