КВАРКИ
Фундаментальные частицы Стандартнойной МоделиМодели
e
e u
d
(1897)
(1956)
(1963)
(1963)
c s
(1937)
(1962)
(1974)
(1963)
t b
(1975)
(2000)
(1995)
(1977)
8 g , , |
W , |
W , Z |
Адроны — элементарные частицыастицы??
n (939.6 МэВ) p (938.3 МэВ)
(1116 МэВ)
(1189 МэВ)
(1197 МэВ)
0 (1193 МэВ)
0 (1315 МэВ)
(1321 МэВ)
|
|
(139 МэВ) |
|
||
|
|
(139 МэВ) |
|
||
0 |
(134 МэВ) |
|
K |
(494 МэВ) |
|
K |
(494 МэВ) |
|
Кварки
u
d s
Все обнаруженные до 1974 г. адроны можно было описать, составляя их из кварков трех типов — u, d, s. Каждой комбинации кварков соответствовала экспериментально наблюдаемая частица Наблюдались только связанные состояния кварка в адронах. Возникла проблема — отсутствие кварков в свободном состоянии.
1963 г. Гелл-Манн, Цвейг
Кварковая структура адроновронов
p (uud ) n (udd )
(uds)
0 (uss)
(dss)
Q(u) 23 e
Q(d , s) 13 e
Кварки должны иметь дробный электрический заряд
|
|
|
) |
K |
(us ) |
(ud |
|||||
|
(ud) |
K |
(us) |
||
Кварки имеют спин
J (q) 12
e e аннигиляция
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
e |
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|||
Для точечных частиц со спином J=1/2 сечение образования фермионов в реакции однофотонной аннигиляции:
d |
|
2 |
|
cos |
2 |
(1 |
|
2 |
) sin |
2 |
2 |
d |
|
|
|
|
|||||||
4s 1 |
|
|
|
Qf |
|||||||
- скорость фермионов в конечном состоянии Q f - заряд фермионов в единицах заряда протона
|
s (E |
E |
)2 |
||||
|
|
|
e |
|
|
e |
|
|
|
При |
|
1 |
|
||
|
4 2 |
|
|
86.8 Q2f нбарн |
|||
|
|
|
Q2f |
|
|
|
|
3s |
|
|
s (ГэВ2 ) |
||||
|
|
|
|
|
|
||
e
e
q
q
Как открывать новые кварки Адронные струи
q
q
Кварки являются реальными частицами, т.к. имеются наблюдаемые эффекты их существования на малых расстояниях. Один из таких эффектов проявляется в образовании адронных струй.
Адронная струя — это совокупность адронов летящих в одном направлении. Если бы кварки реально не существовали, то адроны,
рождающиеся в e e -столкновениях, разлетались бы равномерно по всем
направлениям.
1974 г. с-кварк
Одновременно две группы физиков объявили о наблюдении новой частицы.
p Be e e остальные частицы.
Резонанс в спектре e e был назван J-частицей.
e e адроны, e e e e , e e .
Резонанс был назван -частицой.
Наиболее интересным свойством новой частицы, окончательно названной J / -частицей, является узкая ширина резонанса 91 КэВ.
E 3,1 ГэВ.
с-кварк
Ширина резонанса характеризует время жизни частицы :
.
Время жизни J / -частицы почти в 1000 раз больше, чем у известных частиц такой массы. J / -частица — мезон, состоящий из с-кварка и
с-антикварка, т.е. частица со скрытым очарованием. с-кварк несет новое квантовое число c, названное «очарованием». Очарованный кварк порождает новое семейство адронов, имеющих в своем составе с-кварк или с-антикварк.
1977 г. b-кварк
Было открыто несколько мезонов с массами в районе 10 ГэВ/c2. Они получили название ипсилон-мезонов. Так же как и J / -мезоны они
наблюдались в реакции образования мюонных пар в протон-ядерных столкновениях и на электронно-позитронных коллайдерах. Также как J / -мезоны это были долгоживущие частицы — ширина распада
-мезона 52 кэВ. Это означало открытие пятого кварка b (beauty).
Всостав -мезона входят b -кварк и b -антикварк, поэтому он обладает
скрытой красотой.
t – кварк. 1995 г.
b-кварк нарушил симметрию в семействе кварков
Q 2/3 |
u |
c |
|
Q 1/3 |
d |
s |
b |
|
|
|
|
Казалось вполне естественным существование шестого кварка с зарядом Q 2/3. Уверенность в этом возросла после наблюдения -лептона. Симметрия в мире кварков и лептонов
служит указанием на то, что в природе существует три семейства кварков и лептонов.
Недостающий кварк был назван t-кварком.
Начались активные попытки обнаружить t-кварк.