20

ЛЕКЦИЯ 9

Содержание

1. Систематика частиц. Фундаментальные частицы. Барионы и мезоны.

2. Основные узлы фундаментальных взаимодействий. Кварковые диаграммы.

3. Законы сохранения в мире частиц. Барионное и лептонное квантовое число. Странность. Частицы - античастицы.

4. Сильные взаимодействия. Адроны. Правило Накано-Нишиджимы-Гелл-Манна (ННГ).

5. Кварки.

6. Кварковая структура легчайших барионов и мезонов.

7. Кварковые атомы.

1. Систематика частиц. Фундаментальные частицы.

Барионы и мезоны.

В настоящее время известно (вместе с резонансами и античастицами) около 500 частиц. Однако все это многообразие фактически сводится (если не учитывать античастицы) к 12 фермионам - 6 кваркам и 6 лептонам, которые, участвуя в различных взаимодействиях (исключая гравитационное), обмени-ваются 4-мя бозонами (фотоном , глюоном g, бозонами W è Z). Эти 12 вышеупомянутых фермионов, имеющих спин 1/2, естественным образом делятся на три группы, которые принято называть поколениями. В каждом из поколений 2 кварка и 2 лептона (Табл.9.1).

Таблица 9.1

Поколения		1-å	2-å	3-å	Заряд Q
кварки	верхние нижние	u d	c s	t b
лептоны	нейтрино заряженные	e e			0 -1

Кварки и лептоны (их размер <10^-16 см) на современном уровне знаний точечны (бесструктурны), т.е. не состоят из более элементарных объектов. Их называют фундаментальными фермионами и из них состоят все более крупные объекты - адроны, ядра, атомы, молекулы и т.д.

Четыре вышеупомянутых бозона (, g, W è Z) имеют спин 1 и являются квантами трех фундаментальных полей - электро-магнитного, сильного и слабого. Эти частицы называют фундаментальными или калибровочными бозонами (лагранжиан соответствующих им фундаментальных взаимодействий инвариан-тен относительно калибровочных преобразований; для описания таких взаимодействий используют “калибровочные теории”).

Таким образом, наш мир можно свести к фундаментальным фермионам, взаимодействующим посредством обмена фундамен-тальными бозонами.

Названия (обозначения) кварков происходят от английских слов: u (up), d (down), c (charm), s (strangeness), b (bottom, а также beauty), t (top, а также truth). Более детальная таблица характеристик кварков дана в разделе 5.

Кварки участвуют во всех видах взаимодействий. Лептоны не участвуют в сильных взаимодействиях.

Все протяженные (10^-13 см) сильновзаимодействующие частицы (включая резонансы), называются адронами и состоят из кварков. Есть два типа адронов:

барионы	- состоят из трех кварков (qiqjqk), не обязательно одинаковых, имеют барионное квантовое число (заряд) B=1 и полуцелый спин, т.е. являются фермионами;
мезоны	- состоят из кварка и антикварка (qij), имеют барионный заряд B=0 и целый спин, т.е. являются бозонами.

Так, протон состоит из 2-х u-кварков и одного d-кварка (p=uud), нейтрон - из 2-х d-кварков и одного u-кварка (n=udd). Протон и нейтрон - барионы. Кварковая структура ⁺ è ^--мезонов следующая: ⁺=u,^-=d (черта сверху обозначает античастицу).

Таблица 9.2

кварки/антикварки лептоны/антилептоны фундаментальные бозоны/антибозоны (, g, , W, Z) барионы/антибарионы мезоны/антимезоны	- 12 - 12 - 6 - 276 - 176
	- 482

Всеми вышеперечисленными типами частиц (фундаменталь-ные фермионы и бозоны, адроны (барионы + мезоны)) и их античастицами исчерпываются известные элементарные частицы. Полное число частиц меняется, т.к. открываются новые частицы. Распределение этого числа по группам частиц (с учетом античастиц) дано в таблице 9.2 (данные на 1998 г.)

Следует отметить, что наличие квантового числа “цвет” (Лекция 10) утраивает число различных состояний кварков (антикварков) и увеличивает до 8 число глюонов (антиглюонов).