Кварковая модель адронов

В последние годы увеличение числа элементарных частиц происходит в основном вследствие расширения группы адронов. Поэтому развитие работ по их классификации все время сопровождалось поисками новых, более фундаментальных частиц, которые могли бы служить базисом для построения всех адронов. Гипотеза о существовании таких частиц, названных кварками, была высказана независимо друг от друга (1964) австрийским физиком Дж. Цвейгом (р. 1937) и М. Гелл-Манном. Согласно модели Гелл-Манна - Цвейга, все известные в то время адроны можно было построить, постулировав существование трех типов кварков (и, d, s) и соответст­вующих антикварков ( ), если им приписать характеристики, указанные в таблице 1 (в том числе дробные электрические и барионные заряды). В 1974 г был открыт с -кварк. Самое удивительное (почти невероятное) свойство кварков связано с их электрическим зарядом, поскольку еще никто не находил частицы с дробным значением элементарного электрического заряда. Спин кварка равен 1/2, поскольку только из фермионов можно «сконструировать» как фермионы (нечетное число фермионов), так и бозоны (четное число фермионов). Основные свойства этих кварков приведены в таблице 1.

Адроны строятся из кварков следующим образом: мезоны состоят из пары кварк — автикварк, барионы — из трех кварков (антибарион — из трех антикварков). Taк, например, пион p⁺ имеет кварковую структуру u , пион p^- - d, каон K ⁰ - d , протон — uud, нейтрон — udd, S⁺-гиперон - uus, S⁰-гиперон

- u,d,s и т. д. Кварковая модель оказалась весь­ма плодотворной, она позволила определить почти все основные кварковые числа адронов. Например, из этой модели, поскольку спин кварков равен ½, следует целочисленный (нулевой) спин для мезонов и полуцелый — для барионов в полном соответствии с эксперимен­том. Кроме того, эта модель позволила предсказать также и новые частицы, например W^--гиперон. Однако при использовании этой модели возникают и трудности. Квар­ковая модель не позволяет, например, определить массу адронов, поскольку для этого необходимо знание динамики

Таблица 1

Кварк (анти- кварк)	Электрический заряд В единицах е	Барионное число	Спин, в единицах	Странность S
	+2/3 (-2/3 -1/3 (+1/3) -1/3 (+1/3) +2/3 (-2/3)	+1/3 (-1/3) +1/3 (-1/3) +1/3 (-1/3) +1/3 (-1/3)	1/2 1/2 1/2 1/2	-1 (+1) -1 (+1)

взаимодействия кварков и их масс, которые пока неиз­вестны.

В настоящее время признана точка зрения, что между лептонами и кварками существует симметрия: число лептонов должно быть равно числу типов кварков. В 1977 г. был открыт сверхтяжелый мезон с массой около 20000m_e, который представ­ляет собой структуру из кварка и антикварка нового типа - b-кварка (является носи­телем сохраняющейся в сильных взаимодействиях величины, названной «прелестью» (от англ. beauty)). Заряд b-кварка равен -1/3. Предполагается, что существует и шестой кварк t с зарядом +2/3, который уже решено назвать истинным (от английского truth – истина), подобно тому, как с-кварк называют очарованным, b-кварк – прелестным. Является ли схема из шести лептонов и шести кварков окончательной или же число лептонов (кварков) будет расти, покажут дальнейшие исследования.