Т.Е. Число пар лептонов равно числу пар кварков.

5) причиной малой интенсивности слабого взаимодействия является не малость соответствующего заряда, а то, что массы промежуточных бозонов очень большие. Это взаимодействие действительно слабое при относительно малых энергиях, но в области E>m_W его интенсивность сравнивается с интенсивностью электромагнитного взаимодействия.

6) из-за того, что промежуточные бозоны имеют большие массы СлВ мало интенсивно потому, что лептоны и кварки редко сближаются на столь малые расстояния (ƛ_W=10^-18м), на котором становится возможным обмен промежуточными бозонами. При гораздо больших расстояниях массами промежуточных бозонов можно пренебречь, различие между бозонами и фотоном стирается; с этим стирается различие между СлВ иЭВ. Слв (рис.6а) и ЭВ (рис.6б) можно описать аналогичными схемами (рис.6)

а. б.

Рис. 6.

Схема процесса К-захвата (e‾+u→d+υ_e) в теории с Электромагнитное

промежуточным бозоном, на уровне кварков взаимодействие

и лептонов. Весь процесс может быть электронов, обменивающихся

сконструирован из под процессов u→d+W⁺ и нейтральным фотоном.

W⁺+e^-→υ_e. Каждую часть здесь можно рассматривать

как античастицу, движущуюся с обратным направлением

стрелки. Тогда эта же диаграмма изображает β-распад: d→u+e^-+υ̃_e.

СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (СВ)

Сильное взаимодействие присуще только адронам – тяжелым частицам, начиная с пионов. Лептоны и фотоны в нем не участвуют.

СВ самое интенсивное, обладает конечным радиусом R≈ 10^-15м, протекает за характерное время τ=10^-24– 10^-23с. Интенсивность СВ задается величиной g²/ћс=14.

Примеры: упругое рассеяние и рождение адронов, распад резонансов. СВ оказывает, хотя и косвенное но существенное влияние на ЭВ и СлВ, например ,β- распад нейтрона.

Проявление СВ – Ядерные силы. В начале 50-х годов, когда из адронов были известны только нуклоны и пионы, теорию СВ пытались строить по образцу квантовой электродинамики: нуклоны рассматривались как аналоги электрона, а пионы как аналоги фотона. Ядерные силы при таком подходе – результат обмена нуклонов пионами. В 1956г Б. д^,Эспанья и Дж.Прентки обобщили данную схему и на странные частицы. Основным методом расчета объявлялась теория возмущений, но оказалось, что она не применима из-за большего значения константы g²/ћc.

В начале 70-х годов были заложены основы новой теории СВ опять по образцу квантовой электродинамики, но на более фундаментальном уровне, и считалось, что способность частиц к взаимодействию определяется не их электрическими зарядами, а их цветовыми зарядами кварков. Название современной теории СВ –квантовая хромодинамика. Уравнения КХ оказались столь сложными, что их не удается проанализировать даже с помощью приближенных методов. В то же время существует энергетическая область, где применима хорошо развитая теория возмущений.

Квантовая хромодинамика исходит из следующих основных положений:

1. адроны состоят из кварков, которые имеют шесть (пять) ароматов u, d, s, c, b, (t) и три цвета R, G, B (красный, зеленый, голубой).

2. барионы построены из трех кварков разных цветов, а мезоны – из кварка и антикварка, с разным представлением всех цветов. В этом контексте кварки называются валентными: они определяют квантовые числа реально наблюдаемых белых адронов.

3. переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны. Глюоны – векторные без массовые частицы. Все их внутренние квантовые числа, кроме цветовых, равны нулю. Т. о. у глюонов J^η=0; m=0; L=0; B=0; T=0; S=0; C=0; q=0.

Подобно мезонам, которые строятся из кварка и антикварка, глюоны можно считать состоящими из цвета и антицвета.

Различают восемь глюонов:

g ₁=R̃G; g₂=R̃B; g₃=G̃R; g₄=G̃B; g₅=B̃R; g₆=B̃G; g₇=1/√^¯2(R̃R-G̃G);

g₈=1√^¯6(R̃R+G̃G-2B̃B).

Элементарным актом сильного взаимодействия является испускание и поглощение глюонов, несущих цвет и антицвет (рис.7). Пример взаимодействия кварков можно показать диаграммой. На этой диаграмме u_R – испускает g₃=RG̃ превращается в u_G, d_G– поглощает g₃=RG̃ превращается в d_R. (На диаграмме показано рассеяние кварков).

Рис. 7.

Массы кварков: m_u=3,5 – 5 Мэв;m_d= 6,5 – 10 Мэв; m_s = 100 – 200Мэв; m_с= 1,35 Гэв; m_b = 4,7 Гэв; m_t= 22Гэв. (n= udd; р= uud; →m_n>m_p).

Лептоны, фотон и промежуточные бозоны не несут цвета, поэтому не участвуют в сильном взаимодействии.

4. т. к. глюоны несут цветовой заряд, то они могут взаимодействовать друг с другом (рис.8).

а) распад одного глюона на два или, наоборот, слияние двух глюонов в один, б) рассеяние глюонов друг на друге.

(фотоны электрически нейтральные, им не присуще электромагнитное “самодействие”).

Рис. 8.

В соответствие с механизмом СВ структура анронов представляется сложной. Всякий реальный адрон можно представить в виде валентных кварков, погруженных в “море'' глюонов и виртуальных кварков и антикварков с различными ароматами и цветами – адроны состоят из бесконечного числа точечных объектов, которые называются партонами (part – част). Виртуальные кварки иногда называют морскими, валентные береговыми. Глюоны играют двоякую роль: они играют роль “клея” и выступают в качестве партонов (морские глюоны).

Существование партонов доказывают опыты (1960г) по рассеянию электронов на протонах (Е_эл=22Гэв). В 1972г протон – протонное рассеяние как рассеяние партона налетающей частицы на партонах частицы мишени. Рассеяние партонов происходит так как будто - бы они независимы. Хотя внутри адронов они подвергнуты сильному взаимодействию. Данное явление получило название асимптотической свободы.

ЕДИНЫЕ ТЕОРИИ

Нельзя ли создать единую теорию ЭВ, СлВ и СВ? В этом направлении определенные предпосылки есть.