Александр Потупа - Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее

* Такие наименования, как аромат, цвет или очарование - чисто художественные образы, не имеющие отношения к попыткам (в духе древней натурфилософии) понюхать кварки или оценить их "истинное лицо". Поток художественных образов, обрушившийся в последнее время на многие области фундаментальных исследований, можно расценивать как естественную реакцию на формалистическое засушивание языка научных статей и книг.

Данная схема позволяет полностью классифицировать все известные адроны по определенному кварковому составу. Например, считают, что протон состоит из двух u- и одного d-кварка, причем его полный электрический заряд единица (+2/3 + 2/3 -1/3 = +1). Нейтрон представляется комбинацией udd (+2/3 1/3 - 1/3 = 0), ?-гиперон - uds, мезоны - комбинацией кварка и антикварка

(?+ = ud, K+ = us, D+ = cd, F+ = cs, ? = сс, ? = bb и т. п.). Очень важно, что цвета кварков подбираются таким образом, что все наблюдаемые адроны оказываются цветонейтральными или белыми (пользуясь аналогией в смысле смешения трех чистых цветов). В этом плане цветовой заряд похож на электрический, скажем, нейтральный атом водорода можно считать смесью чистого отрицательного (электрон) и положительного (протон) электрических зарядов.

Массы кварков, нерегистрируемых в свободном состоянии, определяются лишь косвенно по анализу их связанных состояний - адронов. Поэтому речь может идти лишь о несколько неопределенной эффективной массовой характеристике. Современные данные позволяют привести, например, такой набор оценок: mu ~ 5 МэВ, md ~ 7 МэВ, ms ~ 150 МэВ, mс ~ 1,4 ГэВ, mb ~ 4,8 ГэВ, mt > 20 ГэВ.

Глюоны (от англ. glue - клей) - безмассовые частицы, играющие роль кваркового клея. Именно глюоны переносят взаимодействие между кварками и удерживают последние в "безвыходной темнице" внутри адронов. Современные теоретические схемы используют 8 глюонов, которые в роли переносчиков взаимодействия похожи на фотон и промежуточные бозоны (тоже имеют спин единица и являются калибровочными бозонами). Но фотон обеспечивает электромагнитную связь, будучи сам электрически нейтральной частицей, тогда как некоторые глюоны сами несут цветовой заряд, и каждый глюон может быть источником других глюонов. 6 глюонов обеспечивают изменение кварковых цветов в процессах взаимодействия, а 2 - ответственны за взаимодействия кварков, сохраняющих цвет. По современным представлениям, глюонные силы оригинальны в том отношении, что они исчезают на очень малых расстояниях, но могут стать велики на больших.

Адроны (от греч. hadros - тяжелый, сильный) - самое обширное семейство частиц, в которое включают и бозоны (мезоны) и фермионы (барионы), сильно взаимодействующие друг с другом. Массы и времена жизни некоторых адронов приводятся в таблице:

ТАБЛИЦА АДРОНОВ

#

Частица Название Масса (МэВ) Время жизни (сек) или ?-ширина для резонансов (МэВ)

#

Мезоны

Стабильные

?0 ?-ноль-мезон 134,9739 (6) 8,4.10-17

?+- ?+--мезон 139,5675 (4) 2,6030 (24).10-8

? Эта-мезон 548,8 (6) ( 8.10-19

(? = (1,19 +- 0,12) кэВ)

Резонансы

? (770) ро-770 768,3 (5) 149,1 (2,9)

?(783) омега-783 781,95 (14) 8,43 (10)

............ .................. .................. ...............

J/? (3097) джи-пси-мезон 3096,93 (9) 0,068 (10)

............ .................. .................. ...............

? (11020) ипсилон-мезон 11019 (8) 79 (16)

Барионы

Стабильные

p протон 938,27231 (28) (0,1 ? 5).1032 лет

n нейтрон 939,56563 (28) 888,6 (3,5)

? лямбда- гиперон 1115,63 (5) 2,632 (20).10-10

?- омега-минус-гиперон 1672,43 (32) 0,822 (12).10-10

Резонансы

N (1700) эн-1700 1700 (от 1670 до 1730) 100 (от 70 до 120)

............ .................. .................. ...............

? (1232) дельта-три-три 1232 (от 1230 до 1234) 115 (от110 до 120)

............ .................. .................. ...............

N (2600) эн-2600 от 2580 до 2700 ( 400

Эта таблица требует некоторых пояснений. Во-первых, адронов насчитывается 2-3 сотни. Столь удивительная приблизительность связана с тем, что не все они зарегистрированы с одинаковой долей точности. В полных таблицах элементарных частиц приводится 4 степени регистрации (хорошая; ясная и безошибочная; хорошая, но нуждающаяся в подтверждении; слабая). Наряду с отмеченными в таблицу входят обширные группы мезонов (К, D, F, В, ?, ? и др.) и барионов (N, ?, ?, ?, дибарионы). При оценке количества частиц надо иметь в виду, что за некоторыми символами иногда скрывается много частиц. Один из таких случаев явно раскрыт в таблице: ?-мезон - это три близких по массе частицы с разными зарядами (?+, ?- и ?0). Столько же частиц скрывается за символом ? (?+, ?- и ?0), а барионный резонанс ? (1232) - это целых четыре состояния (?++ , ?+, ?0 и ?-). В целом, можно сделать вывод, что адроны образуют довольно плотный спектр состояний мезоны в интервале 135- 11 000 МэВ, а барионы в интервале 940-3000 МэВ. Во-вторых, следует немного задержать внимание на разделении мезонов и барионов на подклассы стабильных и нестабильных (резонансы). На самом деле единственный абсолютно стабильный адрон - это протон, хотя теоретики не уверены и в этом. Стабильными адронами обычно называют те, которые имеют относительно большое время жизни в ядерном масштабе времен (10-23 с), то есть распадаются за счет сравнительно малоинтенсивных слабых (?+-, n, ?-) и электромагнитных (?0, ?) взаимодействий. Резонансы же распадаются очень быстро за счет сильных взаимодействий, и для характеризации этих распадов используют так называемую ?-ширину, обратно пропорциональную времени жизни (? = h/?)*. Из-за быстрого распада резонансы обычно не оставляют собственного следа в регистрирующих устройствах, но приводят к вполне определенной перестройке в распределениях непосредственно детектируемых частиц по энергии, главным образом к возникновению пиков в этих распределениях при тех или иных значениях энергии. Пиковые значения энергии и определяются как массы адронных резонансов, а ширина пика ("размытость массы резонанса") и есть ?-ширина.