Техника - молодёжи 1965-06, страница 12

Академик Я. ЗЕЛЬДОВИЧ

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ

У НАС В ГОСТЯХ

Группа из 8 барионов, к которой относятся классические частицы Р и N и сравнительно долго живущие (l0~⁸ — 10-ю _сек ) гипероны написана слева на схеме I Справа показано, как каждый из ее членов строится из кварков. Внизу — самые легкие частицы, вверху — более тяжелые.

Весной этого года редакция и авторы нашего журнала «Успехи физических наук» встретились с коллективом физического факультета МГУ. Профессор Э. В. Шпольский, главный редактор, рассказал об истории журнала, переживающего сейчас вторую молодость; член-корреспондент АН СССР Н. Г. Басов говорил о полупроводниковых лазерах; член-корреспондент АН СССР В. Л. Гинзбург — о космической физике и космических лучах; доктор физико-математических наук Л. В. Келдыш — о возможности появления эффекта сверхпроводимости при комнатных температурах.

Посылаю Вам краткое изложение моего доклада, сделанного на этой встрече. Полностью доклад публикуется в июньском номере журнала «Успехи физических иаук».

С уважением

теории элементарных частиц за последние два-три (года произошли весьма важные события.

Эти достижения сравнивают даже с появлением периодической системы Менделеева. Конечно, трудно сопоставлять открытия, сделанные в совершенно разных общенаучных ситуациях, но, во всяком случае, серьезность новых «веяний видна из того, что теоретики предсказали существование элементарной частицы — омега-минус-гиперона, предсказали свойства этой частицы, и опыт блестяще подтвердил предсказание.

В специальных статьях, где используется техника теории групп, часто встречаются термины и названия, мало понятные неспециалисту. Можно ли объяснить сущность новых открытий попроще, на более доступном языке, на уровне «пешеходов», как сказал автор одной из научных статей? Оказывается, можно. Это видно, например, по работам одного из создателей новой теории — молодого американского физика Гелл-Манна. Итак, давайте попробуем раскрыть самую суть научной идеи.

'Классификация элементарных частиц, естественно, получается из предположе

г 2^е 3

(рМ) (пМ

(ррИ I %П.It \ш)

ния, что все частицы составлены из трех сортов «самых фундаментальных» частиц. Их называют «кварками» *. При этом каждый барион «сложен» из трех кварков (одинаковых или разных), каждый гмезон — из одного кварка и одного антикварка.

Новая классификация охватывает только сильно взаимодействующие частицы. В нее не включены, следовательно, электроны, мюоны, нейтрино, кванты. Это мудрое самоограничение очень существенно: в нем был залог успеха. Сразу хочу предупредить активных читателей, которых, может быть, вдохновит идея включить в классификацию и легкие частицы, — такие попытки, на мой «взгляд, бесплодны.

Даже далеко отстоящему от физики читателю хорошо известно, что электрический заряд при ядерных реакциях сохраняется. Это дает возможность предсказывать заряды «дочерних» частиц, •возникающих в результате взаимодействий частиц-«родителей». Но, кроме электрического заряда, существуют еще два типа зарядов, а именно «барион-ный» («барионное число»), и «странный» («странность»), которые обычно также сохраняются в ядерных реакциях.

Сосредоточим наше внимание на двух группах барионов и одной группе мезонов, покажем, как они строятся из кварков.

Предположим, что кварки р, n, X имеют следующие квантовые числа.

Нетрудно убедиться, что квантовые числа барионов получаются сложением соответствующих чисел кварков Например: гиперон ~ + обладает стран ностью — 1 (0+0+ (—1) и электрическим зарядом +1 (2/3+2/3 — 1/3).

Группа из 10 барионов показала на схеме 2. К ней относятся А — резонан-сы, открытые еще Ферми, выше — возбужденные странные частицы (возбуждение отмечено звездочкой); наконец, в вершине расположена £ — частица, открытая, как говорится, на кончике пера физиками-теоретиками. Справа — расшифровка частиц с помощью крарков.

Обратите внимание на то, что кварки обозначаются малыми (строчными) буквами, в отличие от Р — протона, N — нейтрона, А — гиперона.

* «Бесы», «черти» (англ.).

Схема 2 особенно стройна и нагл яд на. Можно просто и ясно объяснить даже ребенку что существует лишь 10 частиц. Каждая частица состоит из 3 «кирпичиков». а так как «кирпичиков» 3 сорта, то легко проверить, что может быть 10, и только 10. разных комбинаций, перечисленных справа. Далее, предположим, что пир имеют примерно одинаковую массу, а X тяжелее на 146 Мэв. Тогда, естественно, получится, что частицы в каждом следующем ряду схемы тяжелее на 146 Мэв по сравнению с предыдущим. Эта закономерность позволила предсказать массу — Я , равную 1675 Мэв.

В обеих схемах для 8 и для 10 частиц (так называемых октета и декапле-та) внизу странность в равна нулю, во втором ряду s - — 1, в третьем s - —2 и, наконец, 2 — есть единственная известная сейчас частица cs — —3.

Самое интересное: теория объясняет, почему частицы декаплета имеют момент вращения (спин) 3/2, а частицы октета, в том числе протон и нейтрон, — спин 1/2. Теория правильно предсказывает отношение магнитных моментов протона и нейтрона.

Рассмотрим теперь мезоны. Из трех кварков и трех антикварков можно составить 9 пар (античастицы обозначаем чертой сверху). Снова расположим их по величине странности (нижний ряд 8 +1. а средний s - 0, верхний в —1), слева известные на опыте ме зоны, справа — схему кварков:

8