Причислив к элементарным частицам все короткоживущие резонансы, мы обнаружим, что число элементарных частиц и античастиц в настоящее время значительно превышает количество элементов в таблице Менделеева. Правда, в последние годы все реже открывают новые (весьма нестабильные) частицы, но они, как правило, лишь заполняют пробелы, оставшиеся в систематизации частиц по симметрии и комбинациям квантовых чисел (по состояниям). Однако к стабильным протону и электрону и почти стабильному нейтрону (с их античастицами) добавилось только одна стабильная частица — нейтрино, которая имеет три разновидности (электронное, мюонное и таонное). Остальные частицы нестабильны, и их распад приводит к возникновению тех или иных стабильных частиц. (Впрочем, стабилен и давно известный фотон.) Но все же обилие различных элементарных частиц наводит на мысль, что в большинстве случаев они должны включать в себя какую-то более «элементарную» составляющую.
Электрон, мюон и нейтрино до сих пор ни в каких реакциях не обнаруживали собственной внутренней структуры. Однако протоны и нейтроны очень высокой энергии при столкновениях — взаимных или с пионами — ведут себя не как бесструктурное целое. Ход таких столкновений (рассеяние частиц и их превращения) можно объяснить, исходя из предположения, что в протоне существуют три области с очень высокой плотностью, как если бы протон (или нейтрон) состоял из трех более мелких частиц-составляющих. Последовательное упорядочение известных элементарных частиц в систему по их квантовым состояниям привело к 1965 г. к новой гипотезе, согласно которой барионы — в первую очередь протон и нейтрон — имеют внутреннюю структуру и состоят из трех видов частиц. Эти гипотетические частицы получили название «кварки». Чтобы выполнять возложенную на них (естественно, физиками-теоретиками) роль, кварки должны обладать многими необычными свойствами. Прежде всего их электрический заряд должен быть меньше, чем у электрона или протона, причем у одного вида кварков он должен равняться 1/3, а другого — - 2/3 элементарного заряда. Их спиновое число должно быть равно l/2. О массе кварков пока мало что можно сказать. У свободного (изолированного) кварка она может быть значительно больше, чем треть массы протона. Ведь если кварки связаны в нуклоне какими-то сверхсильными взаимодействиями (силами притяжения), то для выделения их в свободном состоянии потребовалось бы очень большая энергия Е, и эта добавочная энергия, сообщенная при «освобождении» кварка, согласно формуле Эйнштейна, увеличила бы его массу на соответствующую величину т = Е/с2.
Однако пока протон не удалось разбить на меньшие части даже при столкновениях с энергией около 500 ГэВ. Неудачей закончились и многолетние поиски свободных кварков в природе, например на дне. морей или в образцах лунных пород.
Тем не менее в последние годы кварковую модель нуклона удалось расширить и теоретически усовершенствовать настолько, что сегодня ее принимают подавляющее большинство физиков, работающих в области элементарных частиц. Этому способствовали прежде всего теоретические работы, убедительно показавшие возможность существования полей, обусловливающих силу притяжения, которая не убывает с расстоянием, а остается постоянной (или даже возрастает) при удалении взаимодействующих частиц. И наоборот, на очень близких расстояниях притяжение между частицами в таких полях почти не проявляется. Именно такого рода поле позволяет объяснить необычные свойства, которыми должны обладать кварки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.