Техника - молодёжи 1978-01, страница 41

j/ ф мезон, состоящий из «очарованного» кварка и антннварна, — была обнаружена в ноябре 1974 года. Хотя ее «очарование» равно 0, эта частица привела к открытию семейства «очарованных» частиц.

Интенсивные поиски «очарованных» мезонов завершились тетом 1977 года отнрытием последнего члена этого семейства, F-мезона — частицы, обладающей ненулевым «очарованием» и странностью.

ществования кварков должна была бы сыграть в физике элементарных частиц примерно такую же роль, как открытие строения электронных оболочек атомов для объяснения свойств химических элементов. Однако кварки должны были обладать особыми свойствами: в то время как у всех наблюдаемых частиц электрический заряд равен целому числу зарядов электрона, у кварков он должен быть дробным.

Тем не менее кварковая гипотеза приобрела многочисленных сторонников. Действительно, пользуясь простыми правилами, можно было построить любой наблюдаемый или предсказываемый адрон. Протон, например, можно получить из двух и-кварков и одного d-кварка. Все это легко проверить: заряд протона равен ²/з + ²/я — '/з = +1- Для того чтобы протон получил правильное значение спина, равное '/г, нужно, чтобы спин одного кварка был также равен '/г-Векторы спина двух кварков направлены при этом в одну сторону, а третьего в противоположную. Складывая их, получаем спин трех кварков, равный '/г, что как раз соответствует спину протона.

При построении мезонов и антиба-рионов используются антикварки. Они обозначаются теми же символами, что и кварки с черточкой вверху. Антикварки имеют противоположные свойства: u-антикварк обладает электрическим зарядом —²/₃, d-антикварк + '/з- У обоих кварков странность равна 0. S-антикварк имеет электрический заряд + '/з ^и странность +1.

S-кварк необходим только для построения странных частиц, и действительно, это предусмотрено в точном определении странности: странная частица — это та, которая содержит, по крайней мере, один s-кварк или один s-антикварк. Поскольку массы странных частиц несколько больше масс частиц без странности, масса s-кварка должна быть больше, чем массы двух других кварков.

Кварковые правила дают исключительно простое и наглядное объяснение строения адронов. Однако сами правила построения адронов представляются довольно загадочными. Почему можно объединять три кварка, но нельзя два или четыре? Почему нельзя выделить один

изолированный кварк? Первое, что приходит на ум при поиске ответов на эти вопросы, — это то, что у кварковой теории есть некоторые дефекты.

Пожалуй, наиболее существенная трудность, с которой сталкивается такая модель кварков, нарушение одного из непоколебимых принципов квантовой механики — принципа Паули, запрещающего частицам с полуцелым спином находиться в одинаковых состояниях — то есть ничем не отличаться друг от друга. Кварки, однако, как будто не желают подчиняться этому правилу: ведь для создания, скажем, омега-частицы (ее спин равен ³/г, электрический заряд — 1, а странность — —3) нужно три s-кварка, причем все три должны быть совершенно одинаковыми.

Видимое нарушение принципа Паули, а также вопросы, связанные с существованием частиц с нецелым зарядом, представляли весьма серьезные проблемы. Конечно, кварки можно рассматривать просто как какие-то математические объекты, выражающие внутреннюю симметрию элементарных частиц. Но физики пользуются динамическими квар-ковыми моделями, считая кварки реально существующими и взаимодействующими между собой. К примеру, представление о протоне или каком-нибудь другом барионе как о частице, состоящей ровно из трех кварков, строго говоря, носит статический характер. В действительности же картина оказывается значительно сложнее: под действием гигантских сил, связывающих кварки, из вакуума должны непрерывно рождаться, а затем опять взаимно уничтожаться пары, состоящие из кварков и антикварков. Вся система как бы находится в постоянном «кипении» — в состоянии динамического равновесия.

Путь к решению проблемы, связанной с нарушением принципа Паули, был подсказан О. Гринбергом из Мэрилендского университета: если кварки не могут быть одинаковыми, то нужно сделать их разны

ми... Пусть кварки одного аромата различаются еще по какому-нибудь параметру, например, по «цвету». Конечно, этот термин не имеет ничего общего с обычным смыслом этого слова, но он тем не менее позволяет провести интересную аналогию. Так же как три цвета, например, в цветном телевизоре, смешиваясь, могут дать белый цвет, так и кварковые цвета должны быть перемешаны таким образом, чтобы составленная из них частица не имела определенного цвета — была бесцветной. Для этого оказалось достаточным предположить, что каж.^ый аромат может появляться в трех цветах, например, красном, синем и зеленом. Каждый барион состоит из трех кварков различного цвета, а мезон — из кварка и антикварка одного цвета. Но они постоянно меняют свой цвет, так что ни один мезон не является цветной частицей. Грубо говоря, это похоже на быстро вращающийся трехцветный диск, который кажется просто серым. Таким образом, хотя цветные кварки и могут существовать, цветную частицу увидеть не удастся.

Цена гипотезы цвета заключается в утроении числа кварков — теперь их становится девять. В первый момент может даже показаться, что это должно приводить к резкому увеличению числа адронов. Казалось бы, что число мезонов должно возрасти в 9 раз, а барионов в 27 раз. Но правила композиции адронов из цветных кварков гарантируют, что никакие дополнительные частицы наблюдаться не будут. Ведь вид частицы определяется только ароматом составляющих ее кварков, а распределение цветов между ними может быть произвольным, так как в конечном счете частица всегда бесцветна.

Хотя цветную частицу и невозможно наблюдать, гипотеза цвета получила и экспериментальное подтверждение: результаты многих экспериментов хорошо согласуются с представлением о цветных кварках и совершенно не объясняются теорией кварков без цвета.

МЕЗОНЫ

F-ME30H С S

39