Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Кварк



План:


Введення


Кварк - фундаментальна частинка в Стандартної моделі, що володіє електричним зарядом, кратним e / 3, і не спостерігається у вільному стані. Кварки є точковими частками аж до масштабу приблизно 0,5 10 -19 м, що приблизно в 20 тисяч разів менше розміру протона. З кварків складаються адрони, зокрема, протон і нейтрон. В даний час відомо 6 різних "сортів" (частіше говорять - " ароматів ") кварків, властивості яких подані в таблиці. Крім того, для калібрувального опису сильної взаємодії постулюється, що кварки мають і додаткової внутрішньої характеристикою, званої " колір ". Кожному кварки відповідає антикварк з протилежними квантовими числами.

Гіпотеза про те, що адрони побудовані з специфічних субодиниць, була вперше висунута М. Гелл-Манном і, незалежно від нього, Дж. Цвейгом в 1964.

Слово "кварк" було запозичено Гелл-Манном з роману Дж. Джойса " Поминки по Фіннегану ", де в одному з епізодів звучить фраза" Three quarks for Muster Mark! "(зазвичай перекладається як" Три кварка для Майстра / Мюстера Марка! "). Само слово" quark "у цій фразі імовірно є звуконаслідуванням крику морських птахів. Є інша версія (висунута Р. Якобсоном), згідно з якою Джойс засвоїв це слово з німецького під час свого перебування у Відні. У німецькому слово Quark має два значення: 1) сир, 2) нісенітниця. У німецький же дане слово потрапило з західнослов'янських мов ( чеш. tvaroh , пол. twarg - "Сир"). [1]

Дж. Цвейг називав їх тузами, але ця назва не прижилася і забулося - можливо, тому, що тузів чотири, а кварків в первісній моделі було три.


1. Властивості кварків

Символ Назва Заряд Маса
рус. англ.
Перше покоління
d нижній down - 1 / 3 ~ 5 МеВ / C
u верхній up + 2 / 3 ~ 3 МеВ / c
Друге покоління
s дивний strange - 1 / 3 95 25 МеВ / c
c зачарований charm ( charmed ) + 2 / 3 1,8 ГеВ / c
Третє покоління
b чарівний beauty ( bottom ) - 1 / 3 4,5 ГеВ / c
t істинний truth ( top ) + 2 / 3 171 ГеВ / c

В силу невідомих поки причин, кварки природним чином групуються в три так звані покоління (вони так і представлені в таблиці). У кожному поколінь один кварк має зарядом + 2 / 3, а інший - - 1 / 3. Підрозділ на покоління поширюється також і на лептони.

Кварки беруть участь в сильних, слабких і електромагнітних взаємодіях. Сильні взаємодії (обмін глюонів) можуть змінювати колір кварка, але не змінюють його аромат. Слабкі взаємодії, навпаки, не змінюють колір, але можуть змінювати аромат. Незвичайні властивості сильної взаємодії призводять до того, що одиночний кварк не може піти на будь-яке помітне відстань від інших кварків, а значить, кварки не можуть спостерігатися у вільному вигляді (явище, що отримало назву конфайнмент). Розлетітися можуть лише "безбарвні" комбінації кварків - адрони.


2. Реальність кварків

Через незвичного властивості сильної взаємодії - конфайнмента - часто неспеціалістами задається питання: а звідки ми впевнені, що кварки існують, якщо їх ніхто ніколи не побачить у вільному вигляді? Може, вони - лише математична абстракція, і протон зовсім не складається з них?

Причини того, що кварки вважаються реально існуючими об'єктами, такі:

  • По-перше, в 1960-х роках стало ясно, що всі численні адрони підпорядковуються більш-менш простий класифікації: самі собою об'єднуються в мультіплети і супермультіплети. Іншими словами, при описі всіх цих мультіплетов потрібно дуже невелике число вільних параметрів. Тобто, все адрони мають невеликим числом ступенів свободи : всі баріони з однаковим спіном володіють трьома ступенями свободи, а все мезони - двома. Спочатку гіпотеза кварків якраз і полягала в цьому спостереженні, і слово "кварк", по суті, було короткою формою фрази "субадронная ступінь свободи".
  • Далі, при обліку спина виявилося, що кожної такої ступені свободи можна приписати спін і, крім того, кожній парі кварків можна приписати орбітальний момент - ніби вони і є частинки, які можуть обертатися один щодо одного. З цього припущення виникло струнке пояснення і всього розмаїття спинов адронів, а також їх магнітних моментів.
  • Більше того, з відкриттям нових частинок з'ясувалося, що ніяких модифікацій теорії не потрібно: кожен новий адрон вдало вписувався в кваркової конструкцію без будь-яких її перебудов (якщо не вважати додавання нових кварків).
  • Як перевірити, що заряд у кварків дійсно дробовий? Кварковая модель передбачала, що при анігіляції високоенергетичних електрона і позитрона будуть народжуватися не самі адрони, а спочатку пари кварк-антикварк, які потім вже перетворюються в адрони. Результат розрахунку течії такого процесу прямо залежав від того, який заряд народжених кварків. Експеримент повністю підтвердив ці прогнози.
  • З настанням ери прискорювачів високої енергії стало можливим вивчати розподіл імпульсу всередині, наприклад, протона. З'ясувалося, що імпульс в протоні не розподілений рівномірно по ньому, а частинами зосереджений в окремих ступенях свободи. Ці міри свободи назвали Партон (від англ. part - Частина). Більше того, виявилося, що Партон, в першому наближенні, володіють спіном і тими ж зарядами, що і кварки. Зі зростанням енергії виявилося, що кількість Партон зростає, але такий результат і очікувався в кваркової моделі при надвисоких енергіях. [2]
  • З підвищенням енергії прискорювачів стало можливим також спробувати вибити окремий кварк з адрону в високоенергетичному зіткненні. Кварковая теорія давала чіткі прогнози, як повинні були виглядати результати таких зіткнень - у вигляді струменів. Такі струменя дійсно спостерігалися в експерименті. Зауважимо, що якщо б протон ні з чого не перебував, то струменів би свідомо не було.
  • При високоенергетичних зіткненнях адронів ймовірність того, що адрони розсіються на деякий кут без руйнування, зменшується із зростанням величини кута. Теорія передбачає, що швидкість цього зменшення залежить від числа кварків, з яких складається адрон. [джерело не вказано 924 дні] Експерименти підтвердили, що, наприклад, для протона швидкість виходить точно така, яка очікується для об'єкта, що складається з трьох кварків [3]. Аналогічне згоду спостерігається і для інших адронів [джерело не вказано 924 дні].

В цілому, можна сказати, що гіпотеза кварків і все, що з неї випливає (зокрема, КХД), є найбільш консервативною гіпотезою щодо будови адронів, яка здатна пояснити наявні експериментальні дані. Спроби обійтися без кварків наштовхуються на труднощі з описом всіх тих численних експериментів, які дуже природно описувалися в кваркової моделі.


3. Відкриті питання

Щодо кварків залишаються питання, на які поки немає відповіді:

  • чому рівно три кольори?
  • чому рівно три покоління кварків?
  • чи випадково збіг числа кольорів і числа поколінь?
  • чи випадково збіг цього числа з розмірністю простору в нашому світі?
  • звідки береться такий розкид в масах кварків?
  • з чого складаються кварки? (Див. Преони)

Втім, історія з адронами і кварками, а також симетрія між кварками і лептона, наводить на підозру, що кварки можуть самі складатися з чогось простого. Робоча назва для гіпотетичних частинок-кварків складових - преони. З точки зору даних експериментів, до цих пір ніяких підозр на неточечную структуру кварків не виникало. Однак спроби побудувати такі теорії робляться незалежно від експериментів. Серйозних успіхів у цьому напрямі поки немає.

Інший підхід полягає в побудові теорії Великого об'єднання. Користь від такої теорії була б не тільки в об'єднанні сильного і електрослабкої взаємодій, але і в єдиному описі лептонів і кварків. Незважаючи на активні зусилля, побудувати таку теорію також поки не вдалося.


4. Альтернативні моделі

  • Модель Саката (Shoichi Sakata), відома також як модель Фермі - Янга - Саката. Базис - p, n, Λ і їх античастинки. Описувала всі мезони і баріони, відомі на момент публікації. [4] Згодом базис розширювався до 4 часток. [5]
  • Баріонний-антібаріонов нонети. [6]

Примітки

  1. В. В. Іванов. Ранні коптські запозичення в слов'янському / / Слов'янська мовна і етномовні системи в контакті з неслов'янським оточенням - М .: Мови слов'янської культури, 2002. - С. 57-58.
  2. AV Belitsky, AV Radyushkin. Unraveling hadron structure with generalized parton distributions / / Phys. Rept.. - 2005. - № 418. - P. 1-387. arΧiv : hep-ph/0504030 - arxiv.org/abs/hep-ph/0504030
  3. Елементи - новини науки: Результати ALICE по асиметрії протонів і антипротонів ставлять крапку в давній суперечці - elementy.ru / LHC / news? theme = 2653111 & newsid = 431372
  4. S. Sakata. On a composite model for new particles - ptp.ipap.jp / link? PTP/16/686 / Progr. Theor. Phys. 16 (1956), 686
  5. Y. Katayama, K. Matumoto, S. Tanaka, E. Yamada. Possible unified models of elementary particles with two neutrinos. Progr. Theor. Phys. 28 (1962), 675
  6. CZ Yuan, XH Mo, P. Wang. Baryon-antibaryon nonets -

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
d-кварк
u-кварк
c-кварк
s-кварк
t-кварк
b-кварк
Кварк-глюонна плазма
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru