ЭВОЛЮЦИЯ МОДЕЛИ КВАРКОВ

I. Унитарная симметрия и кварки

§ 1. Введение

Предложенная Гелл-Манном и Цвейгом в 1964 г. гипотеза субчастид — кварков из которых предполагаются построенными все сильно взаимодействующие частицы (адроны), т. е. барионы, мезоны и их возбужденные состояния — резононы, мгновенно завоевала огромную популярность и вызвала многие сотни работ, большое число обзоров и раппортерских докладов на конференциях, подверглась философскому анализу и перекочевала в популярную литературу. Несомненно, это объясняется в основном следующими причинами: а) открытие примерно 30 элементарных частиц, а затем многих десятков резононов обострило потребность отыскания немногих основных частиц или субчастиц, прежде всего для адронов; в этом отношении модель мезона, составленного из кварка и антикварка и модель бариона, представляющего собой комбинацию трех кварков отвечала глубочайшей многовековой атомистической тенденции; б) математическая формулировка первоначального варианта модели кварков, основанная на унитарной симметрии весьма проста и допускает ряд довольно очевидных обобщений, прежде всего учет спина, что приводит к группе (о трудностях и усложнениях речь будет идти ниже); в) главная причина, конечно, заключается в том, что на основе наглядных предположений удалось понять классификацию адронов, пояснить и впервые рассчитать множество реакций, магнитных моментов и констант связи.

За истекшие 6 лет модель кварков прочно вошла в физику, хотя сами кварки до сих пор открыть не удалось;

ныне острота интереса к кваркам спала, дискуссии вокруг релятивизации затихли, уступив место идеям дуальности, новейшей гипотезе «партонов» и другим. Вместе с тем, отойдя, так сказать, несколько в сторону, теория кварков закрепила свои позиции, и наряду со специальными статьями, посвященными кваркам, модель кварков используется (менее явно) буквально во всех книгах, посвященных элементарным частицам, симметриям, токам, применениям теории групп к частицам, фигурирует в докладах и обзорах на всех конференциях по физике высоких энергий.

Предлагаемая советскому читателю относительно небольшая монография голландского теоретика профессора Якобуса Жана Жака Коккедэ отвечает имеющейся потребности в книге, специально посвященной кваркам. Достоинством книги является ясное физическое изложение основ кварковой модели и ее главных приложений, которому предпослано краткое математическое введение, посвященное унитарной симметрии. Коккедэ рассматривает низшие и ближайшие возбужденные состояния мезонов и барионов, магнитные моменты, процессы рассеяния и аннигиляции, убедительно трактуя их с помощью кварков.

Вместе с тем согласно стилю удачной серии «Фронтовые проблемы физики» (редактор Пайне), в которой опубликована книга Коккедз, в ней дается в виде дополнений перепечатка ряда оригинальных статей Гелл-Манна, Далица и других. По этим статьям читатель может войти в круг живых дискуссий и трудностей теории. Тем самым книга Коккедэ будет полезна широкому кругу читателей, как стремящихся впервые более серьезно ознакомиться с теорией кварков, так и желающих более подробно проанализировать детали. Книга и дополнения могут дать полезный материал для студенческих и аспирантских докладов.

Развитие физики последних лет побудило нас несколько изменить содержание дополнений. Во-первых, включены новая статья Коккедэ (по рекомендации автора), где рассматривается дуальность, и обзор Трефила, анализирующего выход за рамки первоначального предположения об аддитивности амплитуд рассеяния кварков (и тем самым независимости кварков в сталкивающихся

адронах). Статья Далица в оригинальном издании по предложению самого автора заменена на другую его статью, дающую удачное сжатое изложение построения семейств адронов из кварков. Ряд статей, частично уже устаревших, опущен; опущены также статьи советских авторов, которые опубликованы в доступных советскому читателю изданиях.

Необходимо указать, что некоторые новые идеи — магнитные кварки, нелинейные кварки, кварки в звездах, «партоны», связь кварков с дуальностью и экзотичностью, не нашли отражения в книге, написанной около двух лет назад; эти вопросы кратко изложены в настоящей статье, в которой дано также самое сжатое изложение истории вопроса и приведен дополнительный список литературы.