Техника - молодёжи 1969-10, страница 6

АДРОННОЕ

В ЕГО ПЛОДАХ СЕКРЕТЫ ГЕНЕАЛОГИИ К В А Р К О В Ы X СТРУКТУР

романе ирландского писателя Джеймса Джойса «Поминки Финнингена» есть песня, которая начинается словами «Three qunrks...», что в переводе означает приблизительно «три карканья», «три кваканья». Этот неожиданный оборот с легкой руки американского физика Гелл-Манна теперь прочно вошел в научный обиход. Три кварка, три фундаментальные частицы микромира с дробным, а не целочисленным зарядом, ученые уже несколько лет ищут их на всех мощных ускорителях, в космических лучах, стараются уловить приборами искусственных спутников.

Из статьи «Новый виток спирали познания», помещенной в предыдущем номере журнала, вы, вероятно, знаете о поисках кварков на новом гигантском ускорителе под Серпуховом. Однозначного результата экспериментов пока нет. Но стало ясно: либо кварки имеют большую, чем позволяет обнаружить ускоритель, массу, либо они рождаются реже чем в одном случае на миллиард, либо их просто не существует. Опыты будут продолжены.

Почему же столько усилий тратится на то, чтобы обнаружить три загадочные субэлементарные частицы? А вот почему. Если наделить кварки определенными, хотя гипотетическими и необычными характеристиками, многие уже известные микрочастицы предстанут как несложные сочетания этих трех кирпичиков праматерии. Недаром член-корреспон-деит АН СССР К. Щелкин назвал теорию кварков «очень остроумной, логичной и стройной формальной схемой, украсившей один из наиболее интересных и трудных этапов в развитии современной физики».

Цель нашей статьи — в условной графической форме показать, как из кварков формируются основные объекты микромира. Но прежде несколько слов о предполагаемых свойствах этих гипотетических частиц.

У всех кварков одинаковый и равный Ч2 спин, то есть величина. характеризующая вращение микрочастицы. Другая дробная характеристика — барионный заряд. Это число, показывающее содержание в данной частице нуклонов (протонов и нейтронов). Для ядра гелия, например, барионный заряд равен 4, потому что оно состоит из двух протонов и двух нейтронов. Предполагается, что барионный заряд всех трех кварков одинаков и равен Vs. Дробные электрические заряды кварков (— ^!/з; -f— ~/з; —7з) исчисляются в долях заряда электрона и позитрона, принимаемых соответственно за — 1 и + 1. В теории фигурируют и антикварки. Их бари-онные и электрические заряды противоположны по знаку, а стшн такой же, равный 7г.

На цветной вкладке кварки qi, 42 и Чз изображены красным, синим и зеленым кружками, а антикварки — окружностями тех же цветов. Короткая черточка возле кружка или окружности указывает направление спина.

Кирпичики праматерии, столь усиленно разыскиваемые физиками, представлены в нашей схеме не только кружками трех цветов, но и отрезками разных направлений в пространственной системе прямоугольных координат. Условимся всегда, когда речь идет о кварке qi, иметь в виду красный отрезок, откладываемый по вертикали вверх; q3 — зеленый отрезок, откладываемый по горизонтали направо; qa — синий отрезок, перпендикулярный красному и зеленому и идущий в сторону читателя. Антикварки будем изображать отрезками тех же цветов на тех же координатных осях, но отклады-

М. РОЖКОВ, доцент

вагь их будем в противоположных направлениях (то есть по вертикали вниз, по горизонтали налево и в сторону от читателя).

В схеме на цветной вкладке показано, как из кварков и антикварков комплектуются сильно взаимодействующие частицы — адроны. Само название в переводе с греческого означает «массивный», «крупный». Отсюда ясно, что из классификации выпадают легкие представители микромира -— лептоны (оба типа нейтрино, электрон, мюон и их античастицы). Частицы, вошедшие в таблицу, разбиваются на две группы. Это мезоны, вовсе лишенные барионного заряда (они изображены большими шариками в левой половине таблицы), и барионы, у которых заряд равен 1 (показаны такими же шариками* в правой половине таблицы). Кварковый состав частицы дан внутри шара, рядом с ее буквенным символом.

У относительно более легких мезонов нулевой спин, а у более массивных он равен 1. Поэтому первые формируются из кварков и антикварков с противоположными направлениями спина, а вторые — с одинаковыми (вспомним, что гипотетический спин наших кирпичиков мироздания равен V2).

Барионы имеют дробный спин (7г или ³/г) и комплектуются каждый из трех кварков. Два из них с однонаправленными спинами и один с противоположным дают эту характеристику равной как раз Ч2. а три однонаправленных кварка — ³/а.

Тройки кварков, входящих в состав барионов, формируют у этих частиц единичный барионный заряд. А кварки и антикварки, попарно комплектующие мезоны, дают суммарный барионный заряд, равный нулю.

Частицы-адроны, представленные в таблице, в своих группах размещены не как попало, а в виде «плодов», произрастающих на ветках адронных «деревьев». Ведь мы договорились изображать кварки отрезками на координатных осях. Вот как, например, выстраивается ветвь для протона. Эта частица состоит из двух кварков qs (синий цвет) и одного кварка q3 (зеленый цвет). Значит, надо отложить два синих отрезка вдоль оси. идущей к читателю перпендикулярно плоскости листа, и один зеленый отрезок по горизонтали вправо.

Точно так же поступаем при построении мезонных «деревьев». Только здесь центром будут нейтральные частицы — пи- и ро-мезоны, состоящие из двух пар кварк-антикварк. Поскольку отрезки для них откладываем в противоположных направлениях, конструируемые по этому принципу частицы и попадают в начало отсчета.

Буквенные символы адронов повторены в правой колонке, здесь же даны их названия. Масса частиц указана в энергетических единицах — мегаэлектроно-вольтах (мэв). Чтобы выразить ее в граммах, надо мегаэлектроно-вольты перевести в единицы работы — эрги и разделить на квадрат скорости света. Например, для нейтрона масса равна

639.1,6.10~⁶ „ _ft , -- 1,7.10 24 г.

(3-1010)2

Классификация в виде адронного «древа» отличается от других большей наглядностью и помогает зрительно представить кварковую структуру частиц, которую так упорно пытается обнаружить современная физика микромира

4