§ 38.7. Гипотеза кварков.

В табл. 38.1 приведены 35 элементарных частиц и античастиц. Все эти частицы входят в структуру вещества (и антивещества), определяют силы взаимодействия между другими частицами, участвуют в процессах превращения одних частиц в другие.

В 60-е годы открыто многочисленное семейство сверхкороткоживущих частиц, получивших название резонансных частиц, или резонансов. Время жизни резонансов настолько мало (порядка ), что их нельзя считать настоящими частицами. Резонансы распадаются на другие частицы, не успевая оставить никаких следов, и регистрировать их можно только косвенно.

В настоящее время известно уже около 200 элементарных частиц (включая резонансы, число которых растет). Ясно, что само название «элементарная частица» потеряло прежний смысл. Частицу относят к элементарным, если нет доказательств, что она построена из других частиц. Возможно, будет установлено, что многие элементарные частицы в действительности построены из более простых частиц (так же как атомы, которые считались элементарными до начала XX в.).

В 1964 г. американский физик М. Гелл-Манн выдвинул гипотезу, согласно которой все мезоны и барионы построены из трех видов фундаментальных

частиц, названных Гелл-Манном кварками, и их античастиц. Они получили названия: -кварк, -кварк и Х-кварк; антикварки обозначаются соответственно и X. У всех кварков одинаковый спин, равный 1/2. Необычным свойством кварков является то, что они имеют дробный электрический заряд:

Предполагается, что три кварка при различных комбинациях образуют любой барион. с суммарным электрическим зарядом Спины трех кварков, образующих гиперон ориентированы параллельно, в одну сторону, и суммарный спин равен 3/2. У остальных барионов, один из спинов ориентирован навстречу двум другим и суммарный спин равен 1/2. Антикварки в состав барионов не входят; они образуют антибарионы.

Любой из мезонов построен из одного кварка и одного антикварка. Например, комбинация пр образует положительный пион, а — отрицательный пиои, — положительный каон, а — отрицательный каон. Спины кварков и антикварков, образующих мезоны, направлены навстречу, и спин мезонов равен нулю.

Масса кварков, как показывают расчеты, должна составлять (5—10) -103 МэВ, т. е. 5—10 нуклонных масс. Таким образом, три кварка внутри нуклона должны обладать необычайно большой энергией связи, поскольку получается, что дефект массы составляет более 90% массы покоя свободных кварков.

Кварковая модель строения элементарных частиц хорошо согласуется с опытом, однако обнаружить кварки, несмотря на многочисленные попытки, пока не удалось.