Фундаментальная структура материи. Частицы и силы. Новые элементарные частицы, страница 5

Затем следуют странные барионы, в число которых входит «самая странная» W-частица (ее странность равна —3). Распад этой частицы очень интересен, поскольку даже слабые взаимодействия не приводят к изменению странности более чем на 1 за один акт распада. Поэтому распад W-частицы является трехступенчатым процессом.

Мы не можем вникать здесь во все тонкости этих вопросов, но и так достаточно ясно, что картина классификации барионов на данном этапе выглядит чрезвычайно сложной. Не менее сложна и классификация мезонов. Лептоны уже упоминались выше, не был отмечен лишь факт существования нейтрино двух типов — один из них связан с электроном, а другой — с мюоном.

Итак, мы видим, что физика опять катастрофически усложняется. Современная теория атома уменьшила число фундаментальных составляющих вещества от примерно сотни элементов, известных химикам, до электронов и ядер (последние, как известно, состоят из протонов и нейтронов). Правда, пока не закончен полный количественный анализ структуры ядра, однако простая основа для понимания этого вопроса в целом, по-видимому, найдена вполне правильно.

Теперь мы пришли к поистине устрашающему разнообразию новых элементарных частиц, которые хотя и не являются «элементами» структуры материи, но тесно связаны с ними и с силами взаимодействия между ними. Очевидно, что на этом картина строения материи не может завершиться: за видимой сложностью и разнообразием должны скрываться какие-то более простые принципы. Где же их следует искать? Оказалось, что схема классификации адронов, которая по приведенным нами таблицам могла показаться совершенно хаотической, в действительности обладает некоторыми четкими закономерностями. Формальная структура этой схемы была осмыслена в 1964 г. Гелл-Маном и Нееманом посредством математической схемы симметрии, называемой SU(3).

Кварки

Схема, о которой идет речь, построена так, как если бы барионы и мезоны состояли из еще более мелких структурных субъединиц материи. Хотя мы отказались от идеи о неограниченном делении всего сущего на все более мелкие части, однако дело обстоит именно так, как если бы внутри барионов и мезонов содержались какие-то новые частицы, которые Гелл-Ман назвал кварками (это название заимствовано им из романа Джойса «Поминки по Финнегану»). Согласно первоначальной схеме SU(3)-симметрии, должны существовать кварки трех различных типов; однако затем для объяснения свойств вновь открытых адронов оказался необходим четвертый, потом пятый кварк, а сейчас предполагается существование и шестого кварка. Характеристики первых четырех кварков приведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6. Кварки

Мы не будем обсуждать здесь вопроса о том, почему первые два кварка называются и (от англ. up — вверх)- и d (от англ. down — вниз)-кварками, Третий называется странным, или s (от англ. strange) -кварком, а последний, четвертый, очарованным с (от англ. charm) -кварком. К нашему удивлению, выяснилось, что кварки обладают электрическими зарядами, составляющими дробные части заряда электрона. Странный s-кварк обладает странностью, а с-кварк — очарованием; это качественно новая величина, которая, подобно барионному числу и странности, введена для описания нового закона сохранения (этот закон запрещает процессы, которые при его отсутствии могли бы происходить). Термин «очарование», как и другие квантовые величины, введен совершенно произвольно; об этой величине можно сказать лишь то, что она «действует как очарование», позволяя устранять трудности теории.