Иосиф Розенталь - Геометрия, динамика, вселенная

Нуклоны включают протоны с массой m| = 938.2 МэВ и p нейтроны с массой m| = 939.5 МэВ. Изотопический спин N нуклонов T = 1/2. Для протона проекция T| = 1/2, для z нейтрона T| = -1/2.

z

+

Пионы — семейство, состоящее из трех частиц: π ||- и 0 π |-пионов. Изотопический спин пионов T=1; проекции T|

z ± 0 π ||-пионов равны ±1; проекция T| для π |-пиона равна нулю.

z Изотопический спин — приближенно сохраняющееся квантовое число. Оно сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых.

С_т_р_а_н_н_о_с_т_ь. Это квантовое число отражает свойство некоторых элементарных частиц рождаться исключительно парами.

Например, невозможна реакция:

0 p+n — > p+^Л|, (Д.2)

(((ЗДЕСЬ Л ОБОЗНАЧАЕТ ДОВОЛЬНО БОЛЬШОЙ ЗНАЧОК ^)

но возможна реакция

+ + 0 π |+ + n — > K| + Л| (Д.3)

+ 0 (K| и Л| — символы K- и Л-частиц).

Объяснение этого явления основано на постулировании наличия у некоторых (странных) элементарных частиц нового квантового числа — странности S, которое может принимать оба

0 + знака. Так, для Л|-частицы странность S=-1; для K|-частицы S=+1. Странность также сохраняется лишь в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых. Обе реакции (Д.2) и (Д.3) определяются сильным взаимодействием; поэтому в них странность S должна сохраняться. В реакции (Д.2) странность не сохраняется (слева S=0; справа — S=-1), поэтому эта реакция не осуществляется. В реакции (Д.3) странность S=0 в обеих частях равенства. Поэтому эта реакция наблюдается и хорошо изучена.

Ц_в_е_т. Это количественная характеристика (заряд) сильного взаимодействия. Поскольку носителями сильного взаимодействия являются кварки, то цвет — характеристика взаимодействия между кварками. В отличие от электромагнитного взаимодействия, которое имеет два типа, соответствующие положительному и отрицательному зарядам, сильное взаимодействие характеризуется тремя модификациями.

Другое отличие заключается в том, что носители сильного заряда — кварки — не встречаются в свободном состоянии.

Вследствие этих особенностей невозможно использовать координатные оси для описания сильного заряда. В математике положительная и отрицательная полуоси эквивалентны, что и отражает полную эквивалентность положительных и отрицательных зарядов. Три числа (например, ±1, 0) не эквивалентны, следовательно, числовое представление «сильных» зарядов неадекватно. Поэтому для их представления был выбран физической образ — цвет. Известно, что в цветовой гамме содержатся три дополнительных цвета (красный, желтый и синий), которые в сумме дают белый цвет. Оба свойства дополнительных цветов (число три и обесцвеченность) хорошо представляют основные свойства сильного взаимодействия: три модификации заряда и нейтральность (относительно сильного взаимодействия) элементарных частиц, состоящих из кварков.

Подчеркнем еще раз, что, кроме общности символики, цвет как заряд сильного взаимодействия не имеет ничего общего с оптическими цветами.

В квантовой теории поля взаимодействие между частицами f| и f| осуществляется передачей частицы-переносчика B. 1 2 Частица-переносчик может передать массу (энергию), импульс, заряд, спин, изотопический спин, цвет и другие квантовые числа.

Свойства частицы-переносчика и константа взаимодействия полностью определяют все характеристики взаимодействия.

Наиболее хорошо изучена частица-переносчик фотон частица с нулевой массой покоя и спином, равным единице. Его изотопический спин, странность и цвет равны нулю. Поэтому при электромагнитном взаимодействии переносится от частицы f| к частице f| масса (энергия), импульс и спин. Цвет, 1 2 странность и другие квантовые числа не переносятся. Это простейший пример предопределенности взаимодействия свойствами частицы-переносчика.

В таблице сведены характеристики частиц-переносчиков различных взаимодействий.

Тип взаимодей- Название Электри- Изотопичесствия частицы- Спин ческий Цвет кий спин

переносчика заряд

Электромаг- Фотон 1 0 0 0 нитное

Слабое Бозон 1 ±1,0 0 1

Сильное Глюон 1 0 Три 0

цвета

Гравитационное Гравитон 2 0 0 0

Исключительно важной основой классификации частиц является их спин. Частицы с полуцелым спином (HP/2, (3/2) * HP…) называются фермионами, частицы с целым спином (0, HP, 2*HP…) — бозонами.

Кардинальное отличие в поведении фермионов и бозонов обусловлено разницей в симметрии волновых функций, описывающих состояние системы в целом. Фермионы не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии (принцип Паули), для бозонов такой запрет отсутствует. Более того, система бозонов, находящихся в основном состоянии, стремится увеличить число частиц в этом состоянии (явление бозе-конденсации).