Елементарні частинки: цікаві факти

Ще в 1950 році італійський фізик Енріко Фермі висловився з приводу дев’яти відомих на той час елементарних частинок, що “це вже досить велике число, щоб викликати підозру в елементарності хоча б деяких з них”. А в експериментах з’являлися все нові і нові елементарні частинки. Навіщо природі знадобилося настільки величезна кількість “найпростіших цеглинок” матерії і як упорядкувати цю безліч, привести його в систему? ..

Правда, елементарні частинки все-таки мають щось спільне: майже всі вони взаємодіють один з одним за допомогою ядерних сил і утворюють величезний клас адронів. Сюди потрапили протони і нейтрони – основні елементарні частинки, з яких складається ядро. Тут отримало прописку і сімейство мезонів: спочатку воно складалося з π і К-мезонів, частинок, поступаються за масою протонам і нейтронів. Але найбільше поповнення в клас адронів зробили такі елементарні частинки як гіперони – близькі родичі протона і нейтрона, що відрізняються від них небувало коротким часом життя. Народжуються все ці численні лямбда, сигма-, ксі-, омега-гіперонів в зіткненнях нуклонів з ядрами і один з одним, живуть трильйонні частки секунди і вмирають, розпадаючись знову ж на нуклони і мезони. Всі елементарні частинки можна розділити на дві групи: мезони і баріони (нуклони і гіперонів).

Виявилося, що елементарні частинки протони і нейтрони в ядрі безперервно обмінюються π-мезонами, перекидаючи їх один одному. Так виникає між ними незримий зв’язок, названа обмінними силами. Ці сили і утримують разом нуклони, що утворюють ядро. Але, що ж робити з рештою адронами, які тільки те й роблять, що стикаються один з одним, перетворюючись знову ж один в одного ?! Яка їхня роль в мікросвіті і як відрізнити в цьому скопище елементарні частинки від складових, складних?

Візьмемо, наприклад, нейтрон. У вільному стані поза ядра він розпадається на протон, електрон і нейтрино. Значить, нейтрон – складна частка. Але протон, якщо вдарити по ньому в прискорювачі іншим протоном, може випустити π-мезон і перетворитися в нейтрон. Виходить, тепер уже протон складний з нейтрона і мезона? Ось і розберися, що тут просте, елементарне, а що складне!

Виходить, що всі адрони Неелементарні, а значить, просто зобов’язані бути складеними з якихось частин. Але яких?

Американський фізик Г. Гелл-Манн припустив, що всі відомі елементарні частинки адрони складаються з різних комбінацій трьох неподільних частинок, які він назвав “кварками”. Все баріони, на його думку, повинні складатися з трьох кварків, мезони – з двох, кварка і антікварка. У всіх спостережуваних частинок електричний заряд дорівнює цілому числу зарядів електрона, стало бути, кварки повинні мати дробовий заряд, щоб в сумі дати ціле.

Протон, наприклад, за цією гіпотезою складається з двох u-кварків і одного d-кварка. Електричний заряд, приписаний u-кварку дорівнює +2/3, d-кварку – -1/3. Неважко перевірити, що заряди двох u-кварків і одного d-кварка в сумі дадуть +1.

Антикварки позначаються тими ж символами, що і кварки, але з рискою зверху, і мають протилежні властивості. u-антікварк має заряд -2/3, d-антікварк – +1/3. π + мезон, наприклад, будується з u-кварка і d-антікварка, а заряд його, як і годиться, дорівнює + 2/3 + 1/3 = +1.

Кварковая модель успішно пояснює результати експериментів, і пророкує нові елементарні частинки.

...
ПОДІЛИТИСЯ: