здать семейство адронов, содержащих его. Столь малое время жизни обусловлено большим энерговыделением Q при превращении

t-кварка в b-кварк:

Q = mtc2 – mbc2 = 90 ГэВ, τ ~ 1/Q5.

Схема наблюдения пары кварков t t имеет вид

p + p →t +t , t →b +W + , W + → e+ + νe , t →b +W − , W − →u + d .

7.11. Калибровочные бозоны

Следующий класс фундаментальных частиц стандартной модели образуют кванты калибровочных полей. Так называют поля, реализующие принцип локальной калибровочной инвариантности, закладываемый в основу стандартной модели. Кванты калибровочных полей – калибровочные бозоны – имеют целочисленный спин J = 0,1 и являются носителями взаимодействия между фундаментальными фермионами.

Наиболее известный калибровочный бозон – фотон – квант электромагнитного поля. Квантами сильного поля являются восемь глюонов. Слабое взаимодействие переносится тремя массивными

квантами W + , W − и Z. Калибровочные бозоны сильного, электромагнитного и слабого полей открыты экспериментально и имеют

124

спин J = 1, т.е. являются квантами векторных полей. Квант гравитационного поля – гравитон с J = 2 – не найден.

Источниками калибровочных бозонов являются заряды соответствующих фундаментальных взаимодействий. Так, глюоны могут испускаться любой частицей, наделенной сильным (цветовым) зарядом. Фотон испускается (либо поглощается) только электрически заряженными частицами, наделенными слабым зарядом.

Таблица 20 Фундаментальные взаимодействия и их калибровочные бозоны

Гравитон может быть испущен любой частицей, т.к. любая частица имеет соответствующий гравитационный заряд (для массив-

ной частицы Gm ).

7.12. Глюоны

Глюоны (g) – безмассовые электрически нейтральные частицы со спином J = 1 и четностью Р = 1 – являются переносчиками сильного цветного взаимодействия между кварками. Они склеивают кварки в адронах. При испускании g-глюона кварки могут изменить свой цвет, при этом остальные квантовые числа кварка и его аромат не изменяются. Хотя глюоны обладают цветом, однако их цветовая структура отличается от цветовой структуры кварка

(рис. 35).

125

Рис. 35. Изменение цвета кварков при испускании глюона

Рассмотрим взаимодействие двух цветных кварков – красного (к) и зеленого (з) (см. рис. 35.). Могут быть два варианта этого взаимодействия:

1) с обменом цвета, т.е. в точке 1 кварк к = g′ + з испускает глюон g′, а кварк з его поглощает в точке 2:

2) без обмена цветом:

В итоге получаем цветовую структуру глюонов g′ и g″:

g′ = кз , g′′ = кк,зз

т.е. глюон обладает двумя цветовыми признаками: g′ цветом и g″ – скрытым цветом.

Каждый глюон имеет пару цветовых зарядов – цвет и антицвет. Из трех цветов (к з с) и антицветов (к з с) можно для глюонов составить девять парных комбинаций (цвет – антицвет). Теоретические расчеты показывают, что из девяти комбинаций остаются восемь, которые даны в таблице:

126

Z

d d

Диаграмма 5

Рис. 36. Графическое изображение процесса слабого взаимодействия

127

Диаграмма 3 описывает слабое взаимодействие фермионов (f1234) посредством обмена заряженными промежуточными бозона-

ми. Диаграммa 4 – рассеяние нейтрино νe на электроне. Возможны

слабые процессы, в которых происходит обмен нейтральным бозоном Z. В этом случае электрические заряды взаимодействующих лептонов не изменяются (диаграмма 5).

Слабые процессы, представляющие собой обмен заряженными

квантами слабого поля (W ± ), называют заряженными слабыми токами. Если слабое взаимодействие реализуется обменом нейтронным промежуточным бозоном Z, то говорят о нейтральных слабых токах (рис. 38).

Промежуточные бозоны W ± , Z имеют слабый заряд – источник поля, переносчиками которого они являются. Поэтому промежуточные бозоны сами способны порождать другие промежуточные бозоны и рассеиваться друг на друге. Существенно то, что

кванты слабого поля W ± , Z – массивные частицы с массой mwc2 = 800 ГэВ, mz c2 = 91 ГэВ. Кванты всех остальных фундамен-

тальных полей – безмассовы. Массивность квантов является причиной короткодействия слабых сил: их радиус действия Rw = 10-16

см. Впервые бозоны W ± , Z наблюдали в 1983 г. в Церне при сл е- дующих ядерных реакциях (рис. 37).

Бозоны W ± и Z с массами mW ≈80 ГэВ, mZ ≈ 90 ГэВ были

предсказаны Вайнбергом, Глэшоу и Саламом в теории электрослабого взаимодействия, объединившей электромагнитные и слабые взаимодействия. В 1981 г. в Церне создан ускоритель (коллайдер) протон-антипротон с энергией частиц до 270 ГэВ (потом она была увеличена до 315 ГэВ).

Бозоны W ± и Z рождаются в pp -столкновениях:

p + p → W ± + x и p + p → Z + x,

где х – совокупность других частиц, рождающихся при pp – взаимодействии. Напомним, что состав протона и антипротона со-

128

Рис. 37. Диаграмма рассеяния антинейтрино νe на кварках

129