Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
a W+, W~ и Z бозоны в слабых взаимодействиях. Все они являются
калибровочными бозонами со спином 1, а полное их число 8 + 4 = 12. Фотон,
глюоны, и Z частица одновременно являются и своими собственными
античастицами, в то время как W+ и W~ - зарядово-сопряженной парой.
Калибровочные бозоны перечислены в табл. 8.2
Таблица 8.2. Калибровочные частицы: фотон, глюоны, заряженные и
нейтральные слабые бозоны.
7 9 W+, w~ Z
0 0 80 Гэв 91 Гэв
Таким образом, наш общий список основных составляющих включает в себя
шесть кварковых ароматов, шесть лептонных ароматов, двенадцать
калибровочных бозонов; напомним при этом, что каждый кварковый аромат
может находиться в трех цветовых состояниях, при этом кварки и лептоны
имеют как частицу, так и античастицу. В минимальной современной теории,
стандартной модели, есть только одна частица, которую еще необходимо
добавить к данному списку - хиггсовская частица, нейтральный объект с
нулевым спином. В момент написания книги эта частица еще не была открыта,
но ее поиски активно продолжаются. Ее существование важно для понимания
того, как частицы могут приобретать массу. Но ее роль достаточно сложна и
поэтому мы исключаем частицу Хиггса из дальнейшего обсуждения.
Список частиц в таблицах 8.1 и 8.2 может расшириться в любой день.
Действительно, в настоящее время идет интенсивное обсуждение того, что
каждая частица из списка, возможно, имеет еще суперсим-метричных
партнеров. Существуют и другие возможности расширения такой минимальной
картины. Но то, что явно должно быть исключено из таблицы фундаментальных
составляющих, так это протон, нейтрон, пионы и другие адроны. С
современной точки зрения они являются составными формами из кварков и
глюонов. Атомные ядра "повседневной" жизни можно считать сложенными из
составных частиц. Более того, кварки и глюоны, которые на данный момент
считаются фундаменталь-
188
Глава 8
ными строительными элементами, на самом деле, в некотором смысле являются
фантомами: они никогда отдельно не наблюдаются. Поэтому фундаментальными
(в соответствии с современной теорией) и непосредственно наблюдаемыми
остаются только лептоны, слабые калибровочные бозоны и фотон.
Взаимодействия
Полная теория должна определять не только фундаментальные частицы, из
которых все строится, но и силы, управляющие их поведением. Но при учете
рождения и уничтожения частиц лучше говорить не о силах, а о
фундаментальных взаимодействиях. Тогда элементарные акты рождения и
уничтожения сводятся к процессам столкновения и распада, которые
определяют структуру составных частиц, таких, как адроны. Постепенно мы
разберемся с понятием фундаментального взаимодействия, а пока двинемся
дальше.
Сильные взаимодействия
Сильное взаимодействие должно описываться выражением, являющимся суммой
слагаемых, по одному на каждый аромат, и сохраняющим значение аромата.
Поэтому каждое слагаемое описывает связь в глюоне g с парой кварков q или
антикварков q одного аромата, либо с кварк-антикварковой парой
одинакового аромата. Схематично обозначим их как q + g <-> q. Здесь и
далее, одно уравнение такого вида означает, что учитываются также
уравнения q + g <-> q, q + q^g и g + q + q 0. Символ "0" здесь означает
отсутствие состояния частиц. Отметим, что когда величина переносится с
одной стороны двунаправленной стрелки на другую, она становится
сопряженной по заряду. Мерой интенсивности такой связи является параметр,
который называют сильной константой связи. Ее значение одинаково для всех
шести кварковых ароматов. При записи мы будем часто полагать эту
интенсивность равной единице. Соответствующие константы связи для слабого
взаимодействия и электромагнетизма будут тогда значительно меньше
единицы.
Более сложные реакции между кварками и глюонами получаются из
фундаментального взаимодействия между ними и взаимодействия только между
глюонами. Позднее мы проиллюстрируем, как эти более сложные реакции
строятся из фундаментального взаимодействия. В данный момент существенно
лишь то, что фундаментальное взаимодействие, описанное выше, сохраняет
аромат: так что Х-кварк или антикварк остаются теми же Х-кварком или
антикварком, если испускают или поглощают глюон; аналогично, чтобы
получить глюон, нужно чтобы Х-кварк проаннигилировал с антикварком того
же аромата. Здесь X означает любой из шести кварковых ароматов. То же
самое можно
Основные ингредиенты
189
сказать другими словами: для фундаментального взаимодействия число
кварков данного аромата минус число антикварков того же аромата должно
быть одинаково с любой стороны уравнения. То же самое можно сказать о
любой сложной реакции, построенной на фундаментальном взаимодействии.
Сильные взаимодействия сохраняют аромат. Таким образом, теория приводит к
существованию шести дополнительных законов сохранения при сильных
взаимодействиях. Один из этих законов сохранения выполняется для Nu:
число и-кварков минус число й-анти-кварков; другое для Nd: число d-
