Курс физики для вузов - часть 131

Т а б л и ц а 14

Адроны строятся из кварков следу-

ющим образом: мезоны состоят из пары
кварк — антикварк, барионы — из трех
кварков (антибарион — из трех анти-
кварков). Так, например, пион

 име-

ет кварковую структуру ud, пион

 —

ud, каон

 протон —

 нейт-

рон — udd,

 — uus,

рон —

 и т. д.

Во избежание трудностей со статис-

тикой [некоторые барионы, например

 состоят из трех одинако-

вых кварков (sss), что запрещено прин-
ципом Паули; см. § 127]; предполагают,

что каждый кварк (антикварк) облада-
ет специфической квантовой характе-
ристикой — цветом: «желтым», «си-
ним» и «красным». Тогда, если кварки
имеют неодинаковую «окраску», прин-
цип Паули не нарушается.

Углубленное изучение модели Гелл-

Мана— Цвейга, а также открытие в 1974 г.

истинно нейтрального джей-пси-мезона
(

 массой около

 со временем

жизни примерно

 с и спином, рав-

ным единице, привело к введению но-
вого кварка — так называемого с-квар-

ка и

 сохраняющейся величины —

«очарования» (от англ. charm).

Подобно странности и четности, оча-

рование сохраняется в сильных и элек-

тромагнитных взаимодействиях, но не
сохраняется в слабых. Закон сохране-
ния очарования объясняет относитель-
но долгое время жизни

Основные характеристики с-кварка

приведены в табл. 14.

Частице

 приписывается кварко-

вая структура

 Структура

 называ-

ется чармонием — атомоподобная сис-
тема, напоминающая позитроний (свя-
занная водородоподобная система, со-
стоящая из электрона и позитрона, дви-
жущихся вокруг общего центра масс).

Кварковая модель позволила опре-

делить почти все основные квантовые
числа адронов. Например, из этой мо-
дели, поскольку спин кварков равен
следует целочисленный (нулевой) спин
для мезонов и полуцелый — для барио-
нов в полном соответствии с экспери-
ментом. Кроме того, эта модель позво-
лила предсказать также и новые части-
цы, например

 Однако при

523

использовании

 модели возникают

и трудности. Кварковая модель не по-
зволяет, например, определить массу
адронов, поскольку для этого необхо-
димо знание динамики взаимодействия
кварков и их масс, которые пока неиз-
вестны.

В настоящее время признана точка

зрения, что между лептонами и квар-
ками существует симметрия: число

 должно быть равно числу ти-

пов кварков. В 1977 г. был открыт
сверхтяжелый мезон массой около

20

 который представляет собой

структуру из кварка и антикварка но-
вого типа —

 [является носи-

телем сохраняющейся в сильных вза-
имодействиях величины, названной

 (от англ. beauty)]. Заряд

 равен —

 Предполагается,

что существует и шестой кварк t с за-
рядом

 который назвали истин-

ным (от англ. truth — истина), подоб-
но тому как с-кварк называют очаро-
ванным,

 — прелестным. В фи-

зике элементарных частиц введен «аро-

мат» — характеристика типа кварка
(см. табл. 14)

 d, s, с, b, t?), объеди-

няющая совокупность квантовых чи-
сел (странность, очарование, прелесть
и др.), отличающих один тип кварка от
другого, кроме цвета. Аромат сохраня-
ется в сильных и электромагнитных
взаимодействиях. Является ли схема
из шести лептонов и шести кварков
окончательной или же число лептонов

(кварков) будет расти, покажут даль-
нейшие исследования.

Контрольные вопросы

Какова природа первичного и вторичного космического излучений? Назовите их свой-
ства.
Приведите схемы распада мюонов. Чем объясняется выброс

 нейтрино (анти-

нейтрино)?

Приведите примеры распада

 Дайте характеристику

Какие фундаментальные типы взаимодействий осуществляются в природе и как их мож-
но охарактеризовать? Какой из них является универсальным?
Какие законы сохранения выполняются для всех типов взаимодействий элементарных
частиц?
Что является фундаментальным свойством всех элементарных частиц?
Назовите свойства нейтрино и антинейтрино. В чем их сходство и различие?
Какие характеристики являются для частиц и античастиц одинаковыми? Какие — раз-
ными?
Что такое странность и четность элементарных частиц? Для чего они вводятся? Всегда
ли выполняются законы их сохранения?

Почему магнитный момент протона имеет то же направление, что и спин, а у электрона
направления этих векторов противоположны?
Какие законы сохранения выполняются при сильных взаимодействиях элементарных

частиц? при слабых взаимодействиях?
Каким элементарным частицам и почему приписывают лептонное число? барионное чис-
ло? В чем заключаются законы их сохранения?

Зачем нужна гипотеза о существовании кварков? Что объясняется с ее помощью? В чем
ее трудность?
Почему потребовалось введение таких характеристик кварков, как цвет и очарование?
Какие имеются группы элементарных частиц? Каковы критерии, по которым элемен-

тарные частицы относятся к той или иной группе?

524

ЗАДАЧИ

33.1. Принимая, что энергия релятивистских мюонов в космическом излучении состав-

ляет 3 ГэВ, определите расстояние, проходимое мюонами за время их жизни, если собствен-

ное время жизни мюона 2,2 мкс, в энергия покоя 100 МэВ. [19,8 км]

33.2. Нейтральный пион распадается на два

 Принимая массу пиона

равной

 определите энергию каждого из возникших

 [67,7 МэВ]

33.3. При столкновении нейтрона и антинейтрона происходит их аннигиляция, в резуль-

тате чего возникают два

 а энергия частиц переходит в энергию

 Опреде-

лите энергию каждого из возникших

 принимая, что кинетическая энергия нейт-

 позитрона до их столкновения пренебрежимо мала. [942 МэВ]

33.4. Определите, какие из приведенных ниже процессов запрещены законом сохране-

ния лептонного числа: 1) К~

 +

 2)

 —>

 +

33.5. Определите, какие из приведенных ниже процессов разрешены законом сохране-

ния странности: 1) р +

 £ +

 2) р +

 К~ +

 +п.

33.6. Определите, какие законы сохранения нарушаются в приведенных ниже запрещен-

ных способах распада: 1)

 + п

 +

 2) р + р

 р +

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ

1. Физические основы механики

Средняя скорость

Мгновенная скорость

Среднее ускорение

Мгновенное ускорение

Тангенциальная составляющая

Нормальная составляющая ускорения

Полное ускорение

Кинематические уравнения равнопере-

менного поступательного движения

Угловая скорость

Угловое ускорение

Кинематические уравнения равнопере-

менного вращательного движения

Связь между линейными и угловыми

величинами при вращательном движении

Импульс (количество движения)

Второй закон Ньютона

Сила

 скольжения

Закон сохранения импульса (для замк-

нутой системы)

Работа переменной силы на участке тра-

ектории 1 — 2

Мгновенная мощность

Кинетическая энергия

Потенциальная

 тела, поднятого

над поверхностью Земли,

526