Кварковая структура адронов

Все адроны построены из частиц, названных кварками.

В настоящее время установлено, что существуют шесть типов кварков: u, d, s, c, b и t. Спин всех кварков равен ½ (кварки являются фермионами), а барионный заряд В = 1/3.

25 – 7

Соответствующие антикварки отличаются от кварков знаками зарядов Q, B, S, C, b и t.

Анализ показывает, что каждый мезон является парой кварк-антикварк, а каждый барион состоит из трёх кварков.

Для выполнения принципа Паули, который запрещает одинаковым частицам с полуцелым спином находиться в одном и том же состоянии было выдвинуто предположение о наличии у кварков некой внутренней степени свободы, из-за которой кварки одного типа могут отличаться друг от друга. Эту степень свободы назвали цветом.

Каждый тип кварка характеризуют тремя цветами: красный, зелёный и голубой. Их смесь бесцветна (белый). Цвет каждого кварка считается дополнительным к цвету антикварка, так что пара кварк-антикварк еак же бесцветна.

Противоречие с принципом Паули бало устранено с помощью принципа бесцветности адронов.

По самым современным представлениям сильные взаимодействия осуществляются путём обмена между кварками безмассовыми частицами – глюонами, являющимися квантами поля, которое кварки создают и которое на них же и воздействует. При испускании и поглощении глюонов цвет кварков изменяется, но их тип сохраняется ( и-кварк не превращается в s-кварк).

Анализ результатов, полученных при прямом просвечивании нуклонов электронами высоких энергий, привёл к заключению, что внутри адронов электроны рассеиваются на точечных частицах с электрическими зарядами +2/3 и –1/3, причём эти частицы (кварки) ведут себя как бесструктурные точечные элементы.

В свободном состоянии кварки не существуют. Существует две гипотезы:

1). Сила взаимодействия между кварками не убывает с увеличением расстояния между ними (подобно силе упругости) и нужно затратить неограниченно большую энергию, чтобы вырвать кварк из адрона.

2). Кварки имеют очень большую массу. Это означает, что их энергия связи в адронах весьма велика и оказывается недоступной для современных ускорителей.

В настоящее время считают, что истинно элементарными или фундаментальными частицами являются фотон, лептоны и кварки.