5. Кварки

Гипотеза о существовании кварков родилась из попыток представить адроны супермультиплетов (9.10) в виде совокупности минимального числа более фундаментальных частиц. Кварковая модель возникла в 1963 г. Е¸ авторы - Гелл-Манн и Цвейг (термин “кварк” предложен Гелл-Манном и взят им из романа Джойса “Поминки по Финнегану”). В соответствии с кварковой моделью барионы состоят из трех кварков, а мезоны - из кварка и антикварка. Сенсационность кварковой гипотезы - в дробности электрического и барионного зарядов, приписываемых кваркам. Характеристики кварков даны табл.9.5.

Вначале были введены три кварка - u, d, s. Их было достаточно для описания известных в то время (самых легких) адронов. В дальнейшем список кварков увеличился до шести и в настоящее время считается, что известны все кварки. Все кварки “наблюдались”, то есть их существование доказано эксперименталь-но, хотя в свободном состоянии они, по-видимому, не существуют.

Таблица 9.5

Характеристики кварков

(для всех кварков J^p=1/2⁺ и барионный заряд B=1/3)

	Тип кварка (аромат)
Характеристика	d	u	s	c	b	t
Электрический заряд Q
Изоспин I	1/2	1/2	0	0	0	0
Проекция изоспина I3	-1/2	+1/2	0	0	0	0
Странность S	0	0	-1	0	0	0
Charm C	0	0	0	+1	0	0
Bottom B	0	0	0	0	-1	0
Top T	0	0	0	0	0	+1
Масса (mc^2)	3-9 ÌýÂ	1.5-5 ÌýÂ	60-170 ÌýÂ	1.1-1.4 ÃýÂ	4.1-4.4 ÃýÂ	1745 ÃýÂ

Из табл.9.5 видно, что, по-существу, все аддитивные квантовые числа, присущие сильному взаимодействию (кроме барионного заряда B, который равен 1/3 для всех кварков), привязаны к конкретным кваркам. Изоспином обладают кварки d и u, странностью - только s-кварк, шармом - c-кварк, квантовое число bottom несет b-кварк, а top - t-кварк. Отсюда следует простой рецепт определения всех этих квантовых чисел для любого адрона по кварковому составу этого адрона.

Квантовые числа антикварков определяются по общим правилам, которые связывают характеристики частиц и античастиц (конец раздела 3 этой лекции).

Поскольку кварки не существуют в виде свободных изолированных частиц, то указанные для них в таблице 9.5 массы требуют пояснений, которые будут даны в конце Лекции 10. d-Кварк несколько тяжелее u-кварка, что и приводит к распаду нейтрона.

Кварковый состав бариона q_iq_jq_k, антибариона , где нижний индекс отличает тип (аромат) кварка. Ароматы кварков, входящих в состав адронов, могут совпадать. Кварковая структура мезонов имеет вид, антимезонов -.

С учетом тяжелых кварков c, b, t и связанных с ними квантовых чисел Charm, Bottom и Top обобщается понятие гиперзаряда.

Y = B + S + C + B + T. (9.11)

При этом с обобщенным гиперзарядом остается справедливым правило ННГ:

.