КВАРКИ.. АДРОНЫ

Фундаментальные частицы Стандартнойной МоделиМодели

e

e u

d

8 g ,

H

			(1937)
(1897)
(1956)			(1962)
(1963)	c		(1974)		t
(1963)	s		(1963)		b
,	W ,			W ,

бозон Хиггса

(1975)

(2000)

(1995)

(1977)

Z

Адроны — элементарные частицыастицы??

n (939.6 МэВ) p (938.3 МэВ)

(1116 МэВ)

(1189 МэВ)

(1197 МэВ)

0 (1193 МэВ)

0 (1315 МэВ)

(1321 МэВ)

		(139 МэВ)
		(139 МэВ)
0		(134 МэВ)
K		(494 МэВ)
K		(494 МэВ)

Кварки

1963 г. Гелл-Манн, Цвейгu

d s

Все обнаруженные до 1974 г. адроны можно было описать, составляя их из кварков трех типов — u, d, s. Каждой комбинации кварков соответствовала экспериментально наблюдаемая частица Наблюдались только связанные состояния кварка в адронах. Возникла проблема — отсутствие кварков в свободном состоянии.

Кварковая структура адроновронов

p (uud ) n (udd )

(uds)

0 (uss)

(dss)

Q(u) 23 e

Q(d , s) 13 e

Кварки должны иметь дробный электрический заряд

			)	K	(us )
	(ud
	(ud)			K	(us)

Кварки имеют спин

J (q) 12

e e аннигиляция

			e
e			e
			e

Для точечных частиц со спином J=1/2 сечение образования фермионов в реакции однофотонной аннигиляции:

d		2		cos	2	(1		2	) sin	2	2
d
		4s 1									Qf

- скорость фермионов в конечном состоянии Q f - заряд фермионов в единицах заряда протона

	s (E			E			)2
			e			e
		При			1
	4 2					86.8 Q2f нбарн
			Q2f
	3s						s (ГэВ2 )

e

e

q

q

Как открывают кварки. Адронные струи

q

q

Кварки являются реальными частицами, т.к. имеются наблюдаемые эффекты их существования на малых расстояниях. Один из таких эффектов проявляется в образовании адронных струй.

Адронная струя — это совокупность адронов летящих в одном направлении. Если бы кварки реально не существовали, то адроны,

рождающиеся в e e -столкновениях, разлетались бы равномерно по всем

направлениям.

1974 г. с-кварк

Одновременно две группы физиков объявили о наблюдении новой частицы.

p Be e e остальные частицы.

Резонанс в спектре e e был назван J-частицей.

e e адроны, e e e e , e e .

Резонанс был назван -частицой.

Наиболее интересным свойством новой частицы, окончательно названной J / -частицей, является узкая ширина резонанса 91 КэВ. E 3,1 ГэВ.

Нобелевская премия по физике 1976 г. – Б. Рихтер, С. Тинг.

За открытие тяжелой элементарной частицы нового типа

с-кварк

Ширина резонанса характеризует время жизни частицы :

.

Время жизни J / -частицы почти в 1000 раз больше, чем у известных частиц такой массы. J / -частица — мезон, состоящий из с-кварка и

с-антикварка, т.е. частица со скрытым очарованием. с-кварк несет новое квантовое число c, названное «очарованием». Очарованный кварк порождает новое семейство адронов, имеющих в своем составе с-кварк или с-антикварк.

1977 г. b-кварк

Было открыто несколько мезонов с массами в районе 10 ГэВ/c2. Они получили название ипсилон-мезонов. Так же как и J / -мезоны они

наблюдались в реакции образования мюонных пар в протон-ядерных столкновениях и на электронно-позитронных коллайдерах. Также как J / -мезоны это были долгоживущие частицы — ширина распада -мезона

52 кэВ. Это означало существование пятого кварка b (beauty).

В состав -мезона входят b -кварк и b -антикварк, поэтому он обладает

скрытой красотой.

t – кварк. 1995 г.

b-кварк нарушил симметрию в семействе кварков

Q 2/3	u	c
Q 1/3	d	s	b

Казалось вполне естественным существование шестого кварка с зарядом Q 2/3. Уверенность в этом возросла после наблюдения -лептона (1975 г.). Симметрия в мире кварков и

лептонов служит указанием на то, что в природе существует три семейства кварков и лептонов.

Недостающий кварк был назван t-кварком.

Начались активные попытки обнаружить t-кварк.