2.1.4. Кварковая модель структуры адронов.

Исследования частиц при больших энергиях взаимодействия привели к успешному

открытию, а затем и развитию кварковой модели структуры адронов. Первоначальный

вариант модели был разработан Д. Цвейгом и М. Гелл - Манном в 1964 г.

Кварки — гипотетические фундаментальные частицы, из которых, как

предполагают, состоят адроны. Кварки встречаются 6 видов или «ароматов». «Ароматы»

кварков имеют следующие названия: верхний, нижний, очарованный, стройный, истинный,

прелестный. Свойства кварков с различными «ароматами» различны.

Каждый кварк может находиться в одном из трех «цветовых» состояний, которые

условно называют «красным», «синим», «зеленым».

Цвет — это степень свободы. Как полагают, у кварков существует внутренняя

степень свободы, из-за которой кварки одного «аромата» могут отличаться друг от друга.

У каждого кварка есть свой антикварк. Кварки существуют парами — дублетами.

Пара кварк — антикварк бесцветна, потому что цвет каждого антикварка считается

дополнительным цвету кварка.

В современной физике микромира Кварки выступают как предельная ступень

дробления адронной материи. Они бесструктурны и по совокупности известных свойств

хорошо вписываются в представление об истинно элементарных частицах.

Однако в последнее время кварки стали представлять как сложные объекты,

построенные из субкварков или преонов (первочастиц). Эксперимент же пока не дает

никаких указаний на существование преонов.

Кварки не только необычны сами по себе, но они необычным образом

взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие является сильным и осуществляется

через обмен глюонами.

Термин «глюоны» — происходит от английского слова «клей». Глюоны —

гипотетические электрически нейтральные частицы. В современной теории сильного

взаимодействия предполагается существование 8 глюонов, обладающих характеристикой

«цвет»

Обмен глюонами между кварками меняет «цвет» кварков, но оставляет неизменными

все остальные их физические характеристики. Т.к. глюоны обладают «цветом», они могут

непосредственно взаимодействовать друг с другом путем порождения и поглощения

глюонного поля.

По-видимому, кварковая модель структуры адронов постоянно уточняется. Уже

сегодня разрабатывается новая модель — модель кваркового мешка.. Разработка этой модели

— попытка учесть динамику кварков в духе современной квантовой хромодинамики (или

теории взаимодействия цветных кварков и глюонов). 33

В этой модели вводится представление о двух фазах адронного вещества. Первая

фаза — вакуум квантовой хромодинамики, который содержит конденсат глюонных и

кварковых полей. Предполагается, что в вакууме невозможно распределение свободных

кварков и глюонов.

Вторая фаза соответствует области внутри адрона. Адрон представляется как

пузырь, который удерживается внутренним движением почти свободных кварков и глюонов

от схлопывания из-за внешнего давления вакуума.

В модели кваркового мешка удается рассмотреть в согласии с опытом многие

характеристики адронов. Так доказано, что увеличение расстояния между кварками внутри

адронов приводит к резкому возрастанию связывающих сил. Поэтому в отличие от ранее

известных элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов) Кварки пока не

обнаружены в свободном состоянии. Они оказываются как бы запертыми внутри адронов.

Есть предположение, что выделить кварки в свободном состоянии невозможно,

потому что с увеличением расстояний между кварками сила взаимодействия между ними не

убывает, а, напротив, неограниченно возрастает, что исключает их существование вне

структуры элементарных частиц. Но в эксперименте их можно прозондировать: при

столкновении частиц больших энергий внутри адронов обнаруживаются несколько

своеобразных центров, на которых происходит рассеяние частиц и которые физики

отождествляют с кварками.

Т.о., кварки и лептоны выступают в качестве базисных объектов в системе

элементарных частиц. Они являются главным строительным материалом для вещества

нашего мира, поскольку ядра атомов существуют благодаря взаимодействию кварков.