Файл: Мякишев Г.Я. Элементарные частицы.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.07.2024

Просмотров: 117

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Все эти комбинации имеют целые заряды и различные странности.

В комбинациях, заполняющих первые три строки, лег­ ко увидеть уже рассмотренные Л-, 2*- и Е*-резонансы. Но есть и нечто новое. Это — символ КХХ. Что это такое? Новая частица, разумеется!

Давайте предскажем свойства МА-резонанса. Теперь мы это можем сделать почти столь же успешно, как и на­

стоящие физики. Его спин равен

электрический за­

ряд — минус

1, странность — минус 3. Более того, можно

предсказать

и массу. Как?

 

Если сравнить массы резонансов в соседних строках, то окажется, что они тем больше, чем ниже строка. При­ чем разности между массами частиц, расположенных в соседних строках, как уже говорилось, примерно одина­ ковы и равны 0,16 массы нуклона, или 146 млн. эв (в энергетических единицах). Это можно объяснить, если допустить, что р- и «-кварки имеют одинаковые массы, а Я,-кварк— на 146 млн. эв. большую.

Зная массу В *-резонансов, можно предсказать, что масса МЛ-частицы должна равняться 1676 млн. эв.

И вот 31 января 1964 г. такая частица была экспери­ ментально найдена в Брукхейвенской лаборатории в США при исследовании столкновений /^-мезонов большой энергии с п-ротонами. Это как раз £3_ -частица, последняя в нашей таблице элементарных частиц. £2_ -частица была обнаружена в реакции:

Свойства ее точно совпали с предсказанными.

Хотя £2_ -частица, согласно классификации, относится к резонансам, живет она совсем не 10~23 сек, а несравненно больше. Распад происходит по схеме

Q - Е° + тг-

за время Ю - 8 сек. Таким образом, й_ -частица должна быть отнесена к долгоживущим элементарным частицам. Именно поэтому она помещена в таблицу элементарных частиц, а не резонансов.

Большое время жизни й_ -частицы определяется ее - большой странностью (3). Распад «по сильным кана­ лам», сохраняющим странность, для нее запрещен, по­ скольку сумма масс покоя любых частиц, имеющих об­ щую странность, 3, больше массы покоя ^--частицы.

127


На примере й~-частицы отчетливо видно, что принци­ пиального различия между резонансами и частицами, по традиции называемыми элементарными, нет. Если законы сохранения запрещают резонансу быстрый распад, то он становится обычной, но только весьма тяжелой, эле­ ментарной частицей.

Барионы и мезоны из кварков. Теперь посмотрим, как можно построить из кварков барионы и мезоны. Здесь де­ ло обстоит несколько сложнее, чем при построении барионных резонансов.

Барионы с их полуцелым спином могут быть построе­ ны не менее, чем -из трех кварков, как и барионные резо-

нансы.

 

Получить спин

^ - несложно. Для этого нужно толь­

ко предположить,

что два кварка имеют параллельные

спины, а спин третьего направлен в противоположную сторону.

Для большей части барионов дело обстоит просто. Возьмем, к примеру, нейтрон. Его заряд и странность рав­ ны нулю. Значит, он должен быть составлен из одного р-

кварка и двух /г-кварков, т. е. он долж'ен иметь

структуру

рпп. Е_ -гиперон содержит один n-кварк и два

Я-кварка,

т. е. имеет структуру пХк.

 

Аналогично может быть определена структура других барионов.

Но почему барионов 8, а не 10, как барионных резо­ нансов? Вот при объяснении этого факта возникают слож­

ности. Все комбинации

кварков, образующие барионы,

можно расположить в виде шестиугольной схемы:

рпп

ррп

пп\

Рп\

ppl

 

рпЪ

р\Ъ

п)1

Легко сопоставить каждой комбинации кварков опреде­ ленный барион. Всего приведено как раз 8 комбинаций. Прежде всего обратите внимание на то, что в этой табли­ це отсутствуют комбинации из трех одинаковых кварков. Три одинаковых кварка, как следует из квантовой меха­ ники, обязаны иметь параллельные спины и поэтому мог­ ли бы образовывать только резонансы со спином 3 /2 .

Далее, А0 - и 2°-гииероны представлены одинаковой комбинацией кварков рпХ. Две различные частицы полу-

128


чаются из-за того, что взаимная ориентация спинов всех трех кварков может быть различной.

Перейдем теперь к мезонам. Их спин и баронный за­ ряд равны нулю. Поэтому они должны быть построены из пар кварк — антикварк. Частицы таких пар характери­ зуются противоположной ориентацией спинок и противо­ положными знаками барионных зарядов. Именно этообеспечивает нулевое значение спина и барионного за­ ряда пары.

Например, я+-мезон — это не что иное, как комбина­

ция рп, К+ -мезон состоит из

р-кварка и л.-антикварка-

и т. д. Возможные комбинации

кварк — антикварк

мож­

но опять-таки расположить в шестиугольную схему.

 

pi

nl

 

пР

{РР> >

Щ Рп

 

 

X р

\ п

 

Здесь все просто, кроме ситуации в центре. От ее объ­

яснения нам, к сожалению, придется отказаться.

 

Коротко можно лишь сказать, что п°- и т|°-мезоны

(она

как раз и занимают

центр шестиугольника) представля­

ют собой различные комбинации состояний из одинако­ вых пар кварк — антикварк.

Но существуют ли они? Итак, действительно, извест­ ные частицы можно построить из кварков. Можно, если.._ если кварки существуют на самом деле.

Новая систематика сильно взаимодействующих час­ тиц, основанная на введении супермультиплетов, безус­ ловно, в какой-то мере отражает истину. Не случайно жеона позволила предсказать £2- -частицу. И если даже завт­ ра будет доказано, что кварков не существует, что на ­ глядная кварковая интерпретация новой систематики, частиц действительности не соответствует, это не зачерк­ нет завоеванного.

Пока же кварки ищут. Сначала искали очень интен­ сивно, теперь — с меньшим воодушевлением. Но поиска продолжаются. Проще, казалось бы их не искать, а со­ здавать на ускорителях. Однако это не удалось. Видимо,, их масса покоя очень велика и мощности современных ус­ корителей недостаточны.

Сверхмощными ускорителями располагает пока толь­ ко природа. Отдельные частицы в космических лучах об -

9 Г. Я. Мякншев „

129,


ладают столь большой энергией, что они, конечно, могут породить свободные кварки, если только кварки сущест­ вуют в природе. Поэтому кварки следует искать в атмос­ фере у поверхности Земли и в водах океана. Ведь кварк имеет дробный заряд в '/з или 2 / 3 электронного заряда. Обычные заряженные частицы не могут его полностью нейтрализовать.

Интересные опыты по обнаружению кварков ставил В. Брагинский в Московском университете. По идее эти опыты близки к известным опытам Милликена. Они сво­ дились к поиску частиц с дробным электрическим заря­ дом. Опыты дали отрицательный результат.

Трудности. Надо сказать, что с кварковой моделью сильно взаимодействующих частиц не все обстоит благо­ получно. То, о чем мы говорили, это статическая модель частиц. Частицы складывались из кварков буквально так же, как ребенок складывает башню из кубиков. Но ведь кварки обязательно движутся, и их движение не мо­ жет не влиять на свойства образованных ими частиц. Мы же это движение не учитывали.

Да и не можем как следует учесть, так как фактиче­ ски ничего не известно о силах, связывающих кварки. Можно лишь сказать, что эти силы огромны. Ведь иначе расщепить частицу на кварки ничего бы не стоило. Мас­ са кварка, как полагают, в 7—10 раз превышает массу нуклона. Поэтому при образовнии протона из трех квар­ ков должна выделяться огромная энергия, эквивалент­ ная приблизительно 30 массам покоя нуклонов. С таким концентрированным выделением энергии ученые пока не сталкивались. От кварка в нуклоне остается лишь блед­ ная тень. Все его заряды сохраняются, но почти вся мас­ са улетучивается. Это достаточно необычно,, но все же не невозможно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Что же такое элементарная частица? Этому уже была посвящена вводная глава. Пожалуй, полезно ее теперь прочесть еще раз. Вы знаете несколько больше, и она должна стать более понятной.

Нам сейчас очень много известно об элементарных ча­ стицах, об их свойствах и законах поведения. Но общее впечатление после прочтения книги, вероятно, то же, что и после вводной главы. Что такое элементарная частица, неясно. Существуют разные предположения, не всегда хорошо согласующиеся друг с другом. Однако кое-что кажется довольно достоверным. В частности, очень мало вероятно, что все частицы составлены из более элемен­ тарных субчастиц. Некоторые, возможно, да, но не все же!

Ни одна попытка определить теоретически спектр масс элементарных частиц не привела к успеху. Уже десятки лет прикладываются усилия в этом направлении. Но ре­ шение задачи остается делом будущего. Этого события физики ожидают с напряженным, неослабевающим вни­ манием.

Остается нерешенным координальный вопрос: все ли открытые частицы элементарны в равной мере? Царит ли полная демократия в мире элементарных частиц, или су­ ществуют частицы-аристократы типа кварков, — единст­ венные, имеющие право претендовать на звание элемен­ тарных?

Ясно одно: все частицы теснейшим образом связаны друг с другом, и нет ни малейшей надежды досконально понять одну из них, а затем уже начать разбираться во всех остальных. Их можно понять только все сразу.

Связи между элементарными частицами так прочны, что каждая частица может рассматриваться как компози-

131