13.2 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 .

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 заряда называют цветами кварков, а именно: условно красным, зеленым и синим. Таким образом, каждый кварк 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 поколения играли важную роль в первые мгновения после Большого Взрыва ранней Вселенной, когда не было различия между лептонами и кварками.

Академик РАЕН Б. А. Трубников отмечал, что прошедший ХХ век справедливо называть квантово-релятивистским веком. В 1897 г. Томсон (1824—1907) открыл электрон, в 1911 г. Резерфорд открыл атомное ядро, затем в 1931 — 1932 гг. Чадвиком были обнаружены нейтроны, а Андерсеном — позитроны. После обнаружения сотен других короткоживущих частиц и «наведения порядка» для них была разработана квантовая теория поля, в рамках которой теоретически и были предсказаны совершенно новые объекты природы — кварки и глюоны. В настоящее время установлено, что истинно элементарными частицами следует считать шесть сортов кварков со своим «ароматами»: и, d, s, с, t, b и шесть сортов лептонов. Это — электрон e, мюон μ, тау-лептон (таон) τ и соответствующие этим частицам нейтрино (ve, νμ, ντ). Предполагается, что согласно принципу кварк-лептонной симметрии каждому лептону должен соответствовать определенный кварк (табл. 13.1).

Таблица 13.1

Поколение	Лептон	Кварк
Первое	Электронное нейтрино ve Электрон е	Верхний (up) кварк и Нижний (down) d
Второе	Мюонное нейтрино νμ Мюон μ	Очарованный (charm) с Странный (strange) s
Третье	Tay нейтрино τ Маон μτ	Истинный (truth) t Прелестный (beaty) b

Гипотетическое предположение о существовании кварков было подтверждено экспериментально в опытах по рассеянию электронов на нуклонах, в которых в нуклонах появлялись точечные заряженные образования. Сравнение данных опытов с результатами рассеяния нейтрино на нуклонах дало возможность найти численное значение этих зарядов и, таким образом, кварки приобрели статус структурных единиц. В свободном состоянии кварки не существуют.