Рефераты по Физике

Фундаментальные взаимодействия элементарных частиц

Страница 5

Вскоре был обнаружен целый ряд других уровней си­стемы с, названной чармонием. Схема известных в настоя­щее время уровней чармония изображена на рис. 4. Массы уровней указаны в ГэВ. Масштаб по вертикали не соблюден. Частицы, отмеченные штрихом, представляют собой радиальные возбуждения нижележащих состояний. P-состояния отвечают орбитальному моменту , равному нулю, а P -состояния — единице. Правый нижний индекс указы­вает спин мезона, верхний левый указывает спиновое состояние кварка и антикварка: 1 — синглет (сумма спи­нов равна нулю), 3 — триплет (сумма спинов равна еди­нице) .

Таким образом, с-кварк является очень тяжелым аналогом -кварка.

*-кварк и другие.

В 1976 г. группа Ледермана открыла новую частицу — -мезон (читается: «ипсилон»), состоящий из кварков 5-го сорта, так называемых-кварков. Заряд -кварка оказался равным —1/3.

b-кварк является тяжелым аналогом «нижних» d- и s-кварков, отсюда название bottom и буква b (некоторые физики предпочитают относить букву b к слову beauty — красота).

-кварк гораздо тяжелее, чем с-кварк: его масса — при­мерно 4,8 ГэВ.

*-мезон, масса которого 9,46 ГэВ, представляет собой низшее 3-состояние пары b. К настоящему времени най­дены также три радиально возбужденных уровня этой системы, которую иногда называют ипсилонием, а иног­да боттонием или боттомонием: '(10,02), "(10,40) и (10,55).

Кроме того, найдены 2Р-уровни ипсилония. Открыты также мезоны, содержащие одиночные -кварки: В+=, , , Массы этих мезонов таковы, что (более точно, ~5,27 ГэВ).

Итак, экспериментально установлено существование трех кварков «нижнего типа», d, s, b, и двух кварков «верх­него типа», и, с.

Весной 1995 года физиков облетело известие о том, что открыт t-кварк. Это открытие попадает в разряд предсказанных.

Ароматы и поколения.

Часто говорят, что кварки различных типов отличаются друг от друга своими ароматами. Никакого отношения к привычному понятию об аромате эти кварковые ароматы не имеют. Слово «аромат» употребляется здесь как синоним слов «тип» или «сорт», оживляя своим неожиданным упот­реблением сухие физические тексты. Термин «аромат» удо­бен также ввиду подразумеваемого в нем противопостав­ления термину «цвет», к обсуждению которого мы присту­пим в следующем параграфе.

Существует, по-видимому, какая-то глубокая симметрия между кварками различных ароматов и лептонами. На существование такой симметрии указывает следующая таб­лица:

Именно на основе кварк-лептонной симметрии еще в 1964 г. было предсказано существование с-кварка. После откры­тия в 1975 г. -лептона на основе той же симметрии было предсказано существование - и -кварков.

Как мы увидим вскоре лептон-кварковая симметрия особенно ярко проявляется в слабых взаимодействиях. Конечно, эта симметрия не является полной: хотя разности зарядов нейтрино и заряженных лептонов равны разностям зарядов верхних и нижних кварков, сами заряды у лепто­нов и кварков различны.

Двенадцать лептонов и кварков естественным образом разбиваются на три группы, или, как говорят, на три поколения фундаментальных фермионов. Каждое поколение содержит четыре частицы, занимающие столбец в таб­личке: «верхний» и «нижний» лептоны и «верхний» и «ниж­ний» кварки. Самые легкие частицы образуют первое поко­ление. В каждом из последующих поколений заряженные частицы тяжелее, чем в предыдущем.

Фермионы первого поколения, в совокупности с фото­нами, являются той материей, из которой построена совре­менная Вселенная. Из и- и d-кварков состоят нуклоны, а значит, и ядра атомов, из электронов — атомные оболочки; без электронных нейтрино не могли бы протекать реакции ядерного синтеза в Солнце и звездах. Что касается фермио­нов второго и третьего поколений, то их роль в современ­ном мире кажется ничтожной. На первый взгляд, мир без них был бы ничуть не хуже. Эти частицы напоминают черновые наброски, которые Творец выбросил, как неудач­ные, а мы с помощью нашей изощренной техники отко­пали их в его мусорной корзине.

Сейчас мы начинаем понимать, что фермионы второго и третьего поколений играли важную роль в ранней Все­ленной, в первые мгновения так называемого большого взрыва. В частности, число сортов (ароматов) нейтрино определило соотношение между распространенностями во­дорода и гелия во Вселенной. Космологические расчеты указывают на то, что число нейтринных ароматов не превы­шает четырех. В рамках схемы лептон-кварковых поколе­ний это означает, что полное число кварковых ароматов не превышает восьми.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11