Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
¦Теоретики считают, что /я„я;4 МэВ, mdzzl МэВ, /я,«150МэВ. Это— так называемая токовая масса в отличие от блоковой массы тиктЛ«300 МэВ, ws«450 МэВ, которую кварки имеют при рассмотрении их с большого расстояния. В соответствии с нерелятивистской кварковой моделью все адроны построены из конституентных (блоковых) кварков (как из кубиков—блоков). Блоковый кварк состоит из токового («голого») кварка, окруженного облаком виртуальных частиц (кварк-антикварковые пары и глюоны). Три основных кварка, из которых состоит нуклон, называют валентными, а виртуальные пары—морскими (кварковое море).
§ 125. Четырехкварковая модель
331
кварк останется в составе нуклона, а первичный объединится с рожденным антикварком. В результате образуется белый мезон, который вылетает из области взаимодействия.
рождения пары кварк — антик-
варк, то вновь рожденный у
Аналогично объясняются
ядерные силы между нукло- Рис- 468 нами ядра (и вообще между
адронами): при смещении кварка внутри нуклона из вакуума рождается виртуальная <?<~-пара, т. е. виртуальный я-ме-зон, который и является квантом ядерных сил. Этим снимается кажущееся противоречие между нулевой массой глю-она (которой должно соответствовать дальнодействую-щее взаимодействие) и короткодействием ядерных сил (рис. 468).
Совсем наглядной иллюстрацией невылетания кварков является представление о том, что кварки внутри адрона скреплены глюонными «резиновыми нитями» или «струнами», натяжение которых приводит к увеличению энергии взаимодействия. Пока струна не натянута, кварки свободны. С увеличением расстояния струна натягивается и не позволяет кваркам разлететься. Если натяжение окажется настолько сильным, что струна оборвется, то и тогда кварки не вылетают, потому что на вновь образовавшихся в точке разрыва концах струны возникают новые кварки, объединение которых с кварками адрона приводит к образованию нового адрона. Представление о глюонных струнах можно обосновать тем, что притяжение между заряженными (цветом) глюонами должно действительно приводить к сжатию глюонных струй, передающих взаимодействие между кварками. Таким образом, глюонную струю можно интерпретировать как одномерный потенциал, про который известно, что он возрастает с ростом расстояния (для точечного источника).
§ 125. Четырехкварковая модель
В предыдущем параграфе мы рассмотрели достижения и недостатки трехкварковой модели и методы усовершенствования этой модели. Существует, однако, круг вопросов, для объяснения которых любая трехкварковая модель оказывается недостаточной. На эти вопросы удается ответить только в рамках четырехкварковой модели.
332
Глава XXII. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика
1. ГИПОТЕЗА О СУЩЕСТВОВАНИИ ЧЕТВЕРТОГО КВАРКА. ОЧАРОВАНИЕ (charm)
Впервые потребность в четвертом кварке возникла в 1970 г. в недрах несимметричной теории слабых взаимодействий (см. § 129, п.З), которая не могла объяснить отсутствие в природе распадов типа
К°^ц++\1~ и А->п + е++е~, (125.1)
описываемых нейтральными слабыми токами вида (А.«)(цц) и (кп)(ее).
В этой теории слабые токи конструировались из четырех лептонов (е, ve, \i, vM) и трех кварков (и, d, s), причем упомянутые выше нейтральные токи (Хп) и (п X) оказывались разрешенными. Введение четвертого кварка давало возможность запретить эти токц, т. е. привести теорию в соответствие с экспериментом. Кроме того, симметрия теории относительно числа кварков и лептонов является необходимым условием для построения ее перенормируемого варианта.
Новый кварк назвали с-кварком (от слова charm — очарование). Поскольку с-кварк подобно остальным кваркам должен участвовать в сильном взаимодействии, для него можно написать формулу
z = Ti+(B+S+c)I2=T^YI2, (125.2)
Y=B + S+c = 2z,
которая является естественным обобщением формулы (124.3). Здесь под с понимается новое квантовое число—очарование, равное единице для окварка, минус единице для его антикварка и нулю для всех остальных кварков. Очарование с подобно странности 5 сохраняется в' сильных и электромагнитных взаимодействиях и изменяется на единицу в слабых. Электрический заряд с-кварка равен +2/3, барионный заряд +1/3, странность 0, изоспин 0. В табл. 47 представлены квантовые числа всех четырех кварков.
Таблица 47
Тип кварка
s
В
z
S
с
т
т(
Яр, «
1/2
1/3
+2/3
0
0
1/2
+ 1/2
1/2
1/3
-1/3
0
0
1/2
-1/2
9л> s
1/2
1/3
-1/3
-1
0
0
0
1/2
1/3
+ 2/3
0
+ 1 •
0
0
§ 125. Четырехкварковая модель
333
Принципы построения мезонов и барионов в схеме четырех кварков остаются прежними. Барион строится из трех любых кварков, имеющих разные основные цвета, мезон—из кварка и антикварка с дополнительными цветами. Но теперь в семейство барионов и мезонов должны входить новые частицы — очарованные (чармированные), в составе которых содержится с-кварк. В семействе барионов это — очарованный заряженный барион cud с квантовыми числами 5=1, с=1, z=l, 5=0; очарованный странный заряженный барион cus (5=1, с=1, z = 1, 5= — 1); очарованный нейтральный барион cdd (5=1, с= 1, 2 = 0, 5=0) и два очарованных нейтральных странных бариона: cds (5=1, с=1, z = 0, 5=-1) и ess (5=1, с=1, z = 0, 5=-2).
