Кварки

1. Видове кварки

    За да обясни свойствата на елементарните частици, през 1963 година американският физик Мъри Гел- Ман предлага теоретичен модел, съгласно с който всички бариони и мезони са изградени от по- малки частици, наречени кварки. Думата "кварк" няма определено смислово значение. С присъщото на физиците чувство за хумор Гел- Ман я заимства от роман на известния писател Дж. Джойс, чийто герой в съня си чува странната фраза "Три кварка за мистър Марк". Първоначалният кварков модел на адроните (адрони е общото наименование на мезоните и барионите) включва три кварка, които се означават със символите u, d и s. Това са първите букви от названията на кварките на английски език: up (горен), down (долен) и strange (странен). Кварките са единствените частици частици с дробен електричен заряд. u- кваркът има положителен заряд +2e/3, a d- и s- кварките са носители на отрицателен заряд -e/3. През последните 35 години са открити нови тежки частици, чиито свойства и структура не могат да се обяснявт с първоначалния трикварков модел. Това изисква неговото усъвършенстване. Според съвременните представи цялата материя е изградена от 6 лептона и 6 кварка. Някои от характеристиките на кварките са представени в табл. 10-1.

Наименование

Символ

Електр. Заряд в единици е

Маса в електронни маси

горен  (up)

u

+2e/3

705

долен  (down)

d

-e/3

705

странен  (strange)

s

-e/3

1 060

очарован  (charmed)

c

+2e/3

2 940

красив  (beauty)

b

-e/3

9 800

топ (top)

t

+2e/3

340 000

    Всички досегашни опити да се изолират отделни кварки са завършили с неуспех. Независимо от това съществуват убедителни косвени експериментални доказателства за съществуването на кварките. Експериментално са определени и техните маси. Шестият, т.нар. топ- кварк, е открит през 1995 година на ускорителя във Ферми- лабораторията (САЩ). Неговата маса е 340 000 пъти по-голяма от масата на електрона и 185 пъти по- голяма от масата на протона.

    На всеки кварк съответства антикварк със същата маса, но с противоположен електричен заряд.

2. Строеж на барионите и мезоните

    Барионите са изградени от три кварка. На фиг. 10-1 схематично е показана вътрешната структура на протоните и неутроните. Протонът съдържа два u- кварка и един d- кварк, а неутронът- два d- кварка и един u- кварк. Сумарният електричен заряд на трите кварка на протона е 2e/3 + 2e/3 + (-e/3) = e. За неутрона: 2e/3 + (-e/3) + (-e/3) = 0.

    Мезоните са изградени от един кварк и от един антикварк (фиг. 10-2).

    От фиг. 10-1 се вижда, че протоните и неутроните съдържат единствено най- леките кварки ( u- и d- кварки). Следователно, въпреки огромното си многообразие, заобикалящият ни материален свят е изграден само от четири истински елементарни частици: от двата най- леки кварка и от двойката най- леки лептони (електрон и електронно неутрино). Останалите кварки и лептони съществуват само в екстремални условия: във физичните експерименти с удари между частици с много голяма енергия или при изключително високите температури, създадени на определен етап от еволюцията на някои звездни системи и на Вселената като цяло.

3. Взаимодействие между кварките

    Кварките са заредени частици, но електричните сили нямат съществено значение при тяхното взаимодействие. То се определя от един нов вид заряд, характерен само за кварките. Прието е той да се нарича цветен заряд или само цвят. Съществуват три вида цветни заряда, наречени червен, зелен и син. Антикварките са носители съответно на античервен, антизелен и антисин цветен заряд. Цветните заряди се групират в три двойки противоположни заряда: червен- античервен, зелен- антизелен и син- антисин. Всяка от тях е аналог на противоположните електрични заряди (положителен и отрицателен заряд). Трите кварка в протоните и неутроните (както и в останалите бариони) имат различни цветни заряди: единият кварк е червен, другият- зелен, а третият- син. При свързването на три разноцветни кварка се получава безцветен барион, т.е. частица, която не е носител на цветен заряд. Мезоните също са безцветни, защото са изградени от един кварк с определен цветен заряд е един антикварк с противоположния цветен заряд.

    Силите на взаимодействие между кварките се определят от техния цветен заряд. Тези сили са много по- големи от всички останали сили в природата, затова взаимодействието между кварките се нарича силно взаимодействие. От електростатиката знаем, че едноименните електрични заряди се отблъскват, а разноименните се привличат. По подобен начин кварките с еднакви цветни заряди се отблъскват, а кварк и антикварк с противоположни цветни заряди се привличат. Например два червени кварка се отблъскват, докато червен кварк и античервен антикварк се привличат и могат да образуват свързана система- мезон (фиг. 10-3). Кварките с различни цветни заряди също се привличат. Затова червен, зелен и син кварк могат да образуват свързана система от три взаимно привличащи се частици- барион (фиг. 10-4).

Източник: https://www.facebook.com

 Изтегли в .pdf                       Изтегли в .docx

Дали научихме всичко?

Проверете със следния тест!

Любопитно


Шестият, т.нар. топ-кварк, е открит през 1995 г. на ускорителя във "Фермилаб" (САЩ). Неговата маса е 340 000 пъти по-голяма от масата на електрона и 185 пъти по-голяма от масата на протона.

Мъри Гел- Ман (1929), американски физик, който през 1969 година получава Нобелова награда по физика за своите открития в областта на взаимодействията на елементарните частици и тяхната класификация.

Фиг. 10-1. Протоните и неутроните са изградени от по три кварка.

Фиг. 10-2. Мезоните са изградени от един кварк и от един антикварк.

Фиг. 10-3. Мезоните са изградени от един кварк и един антикварк, които имат противоположни цветни заряди: червен и античервен, зелен и антизелен, син и антисин. Кварките с противоположни цветни заряди се привличат и могат да образуват свързана система.

Фиг. 10-4. Барионите са изградени от три кварка с различен цветен заряд, които взаимно се привличат.