Поняття кварків

Кожна, з сильно взаємодіючих частинок характеризується трьома незалежними адитивними квантовими числами: зарядом Q, баріонним зарядом або числом B (приписується баріонам – клас частинок, в які входять нуклони і нестабільні частинки з масою більшою від маси нуклонів, що називаються гіперонами; В має значеня 0, ±1) і гіперзарядом Y (визначається як подвоєне значення середнього електричного заряду різних мультиплетів Y=2<Q>, іноді записують його через дивовижність частинки s у вигляді B=Y+s, де s=2<Q> - B), який приймає значення 0 і ±1; ±2. У зв’язку з наявністю вказаних трьох квантових чисел зв’явилася гіпотеза про те, що всі частинки побудовані з трьох фундаментальних частинок – носіїв названих зарядів – кварків (1964 р. Гелл-Манн (1929 р.н.) і швейцарський фізик Цвейг (1937 р.н.); назва запропонована Гелл-Маном від англійських слів “three quarks”, що означає - “три дрібниці”, Цвейг їх назвав тузами), якім приписувалися дробні квантові числа, в даному випадку +2/3; -1/3; -1/3 відповідно до кожного з трьох кварків. Ці кваркі звично позначають буквами u (від латинського слова up, що означає верх), d (down – вниз), і s (sideways – боковий). Розглядаються також антикварки: . Кожному кварку приписується однаковий магнітний момент m_кв., величина якого з теорії не визначається. Мезони утворюються з пари (кварк+ антикварк), а баріони з трьох кварків. Розрахунки виконані на основі даних припущень дають для протона і нейтрона (клас баріонів) значення: m_р=m_кв.; m_n=-2/3 m_кв., тобто для відношення магнітних моментів нуклонів маємо:

, (5.30)

що узгоджується з експериментальним значенням з §5.1.

Далі система кварків була розширена з метою усування протиріч з принципом Паулі при отриманні зв’язаних станів з трьох кварків. Було введено поняття кольору кварка (жовтий, синій і червоний), для антикварка – фіолетовий, оранжевий, зелений. Для описання взаємодії між кварками в якості носіїв були введені частинки - глюони (glue – клей). Відкриття в 1974 р. частинок з великою масою ~3.1 ГеВ, яка названа j/Y (джей-пси-частинка від двох назв j і Y двох лабораторій, в яких вона була відкрита одночасно) і отримання в подальшому цілого сімейства Y-частинок (3,69; 3,77 і 4,03 ГеВ) і c-частинок (3,45; 3,51 і 3,55 ГеВ) стало підтвердженням гіпотези про наявність ще четвертого “чарівного” (charmed – чарівний) кварка с, що має “чарівність”=1, у решта кварків вона дорівнює нулю, для чарівного антикварка (-1).Для пояснення властивостей відкритої в 1976 році g-ипсилон частинки ввели п’ятий кварк, що отримав позначення в (botton – привабливий). Теоретики передбачають існування шостого кварка, що позначається буквою t (truth – істинний, правдивий). Ідея кварків дозволила системазувати наявні елементарні частинки, передбачити існування нових, зв’язати між собою різні процеси. Експериментально вони поки що не виявлені у вільному стані, вважається, що вони у віпьному стані існувати не можуть.