تتكون الهادرونات. هادرونات. الجسيمات الأولية. الباريونات والميزونات. التصنيف والخصائص. التكوين هو مفهوم نسبي

الهادرونات هي الاسم العام للجسيمات المشاركة في التفاعلات القوية. الاسم يأتي من كلمة يونانية تعني "قوي، كبير". جميع الهدرونات مقسمة إلى قسمين مجموعات كبيرة- الميزونات والباريونات.

الباريونات (من الكلمة اليونانية التي تعني "ثقيل") هي هادرونات ذات دوران نصف عدد صحيح (انظر الدوران). وأشهر الباريونات هي البروتون والنيوترون. تشتمل الباريونات أيضًا على عدد من الجسيمات ذات العدد الكمي الذي كان يسمى سابقًا بالغرابة. باريون لامدا (Λ 0) وعائلة سيجما باريون (Σ − , Σ + و Σ 0) لديهم وحدة الغرابة. تشير المؤشرات +، −، 0 إلى علامة الشحنة الكهربائية أو حياد الجسيم. تحتوي باريونات xi (Ξ − و Ξ +) على وحدتين من الغرابة. Ω - باريون له غرابة تساوي ثلاثة. تبلغ كتل الباريونات المذكورة حوالي مرة ونصف كتلة البروتون، ويبلغ عمرها المميز حوالي 10 −10 ثانية. دعونا نتذكر أن البروتون مستقر عمليا، ويعيش النيوترون لأكثر من 15 دقيقة. قد يبدو أن الباريونات الأثقل تكون قصيرة العمر للغاية، ولكن على نطاق العالم المصغر، ليس هذا هو الحال. مثل هذا الجسيم، حتى لو كان يتحرك ببطء نسبيًا، بسرعة تساوي 10٪ من الضوء، على سبيل المثال، يتمكن من السفر لمسافة عدة ملليمترات ويترك بصماته في كاشف الجسيمات الأولية (انظر كاشفات الإشعاع النووي). إحدى خصائص الباريونات التي تميزها عن الأنواع الأخرى من الجسيمات هي وجود شحنة باريونية محفوظة. تم تقديم هذه الكمية لوصف الحقيقة التجريبية للثبات في جميع العمليات المعروفة للفرق بين عدد الباريونات ومضادات الباريونات (انظر التكافؤ، الببتونات، البروتون).

الميزونات هي هادرونات ذات دوران عددي صحيح. الاسم يأتي من الكلمة اليونانية التي تعني "المتوسط"، حيث أن كتل الميزونات المكتشفة لأول مرة كانت لها قيم متوسطة بين كتلتي البروتون والإلكترون. شحنة الباريون للميزونات صفر. أخف الميزونات هي البيونات، أو بيونات π − , π + و π 0 . كتلتها أقل بحوالي 6-7 مرات من كتلة البروتون. الميزونات الغريبة أكثر ضخامة - كاونات K + و K − و K 0: كتلتها تقريبًا نصف كتلة البروتون. العمر المميز لهذه الميزونات هو 10 −8 ثانية.

تحتوي جميع الهادرونات تقريبًا على جسيمات مضادة. وبالتالي، فإن سيجما الباريون - ناقص Σ - لديه سيجما مضاد للجسيمات - بالإضافة إلى Σ̃ +، والذي يختلف عن Σ +. ويمكن قول الشيء نفسه عن الباريونات الأخرى. يختلف الوضع إلى حد ما مع الميزونات: البيون السالب هو الجسيم المضاد للبيون الموجب، والبيون المحايد لا يحتوي على جسيم مضاد على الإطلاق، لأنه جسيم مضاد خاص به. وفي الوقت نفسه، يحتوي الكاون المحايد K 0 على جسيم مضاد K̃ 0 . تم شرح هذه الحقائق في نموذج الكوارك للهادرونات (انظر الكواركات).

إن عالم الهادرونات ضخم، فهو يضم أكثر من 350 جسيمًا. معظمها غير مستقر للغاية: فهي تتحلل إلى هادرونات أخف في زمن يبلغ حوالي 10−23 ثانية. هذا هو الوقت المميز للتفاعلات القوية؛ في مثل هذه الفترة القصيرة، حتى الضوء يتمكن من السفر لمسافة تساوي نصف قطر البروتون فقط (10−13 سم). ومن الواضح أن مثل هذه الجزيئات قصيرة العمر لا يمكنها ترك آثار في أجهزة الكشف. عادة يتم الكشف عن ولادتهم عن طريق علامات غير مباشرة. على سبيل المثال، قاموا بدراسة تفاعل فناء الإلكترونات والبوزيترونات مع الإنتاج اللاحق للهادرونات. ومن خلال تغيير طاقة تصادم الإلكترونات والبوزيترونات، وجدوا أنه عند قيمة طاقة معينة، يزداد مردود الهادرونات فجأة بشكل حاد. يمكن تفسير هذه الحقيقة من خلال حقيقة أنه في الحالة المتوسطة، ولد جسيم كتلته تساوي الطاقة المقابلة (حتى عامل ج 2). سوف يتحلل هذا الجسيم على الفور إلى هادرونات أخرى، وسيكون الأثر الوحيد لمظهره هو الذروة على الرسم البياني لاعتماد احتمالية إنتاج الهادرونات على طاقة الاصطدام. تسمى هذه الجسيمات قصيرة العمر بالرنين. معظم الباريونات والميزونات هي رنينات. إنها لا تترك "توقيعات" في الكاميرات أو الصور الفوتوغرافية، ومع ذلك يتمكن الفيزيائيون من دراسة خصائصها: تحديد الكتلة، والعمر، والدوران، والتكافؤ، وطرق الاضمحلال، وما إلى ذلك.

بواسطة الأفكار الحديثةالهادرونات ليست جسيمات أولية حقًا. لديهم أبعاد محدودة وبنية معقدة. تتكون الباريونات من ثلاثة كواركات. وبناءً على ذلك، يتكون مضاد الباريون من ثلاثة كواركات مضادة ويختلف دائمًا عن الباريون. يتم بناء الميزونات من الكوارك والكوارك المضاد. ومن الواضح أن الميزونات، التي تحتوي على أزواج من الكواركات والكواركات المضادة من نفس النوع، لن تحتوي على جسيمات مضادة. يتم احتجاز الكواركات داخل الهادرونات بواسطة حقل الغلوون (انظر التفاعلات القوية). من حيث المبدأ، تسمح النظرية بوجود هادرونات أخرى، مبنية من عدد أكبر من الكواركات، أو على العكس من ذلك، من حقل غلوون واحد. ومؤخرًا، ظهرت بعض البيانات التجريبية حول احتمال وجود مثل هذه الجسيمات الافتراضية.

بدأت النظرية الديناميكية للكواركات، التي تصف تفاعلاتها، في التطور مؤخرًا نسبيًا. تم اقتراح نموذج الكوارك في الأصل من أجل "جلب النظام" إلى عائلة الهادرونات الكثيرة العدد. وشمل هذا النموذج ثلاثة أنواع من الكواركات، أو كما يقولون، النكهات. بمساعدة الكواركات، كان من الممكن إعادة النظام إلى عائلة كبيرة من الهادرونات، وتوزيعها على مجموعات من الجسيمات تسمى مضاعفات. الجسيمات ذات الكتلة الواحدة لها كتل متشابهة، لكن هذا ليس فقط بمثابة الأساس لتصنيفها؛ بالإضافة إلى البيانات التجريبية، في هذه الحالة تم استخدام جهاز رياضي خاص لنظرية المجموعة.

في وقت لاحق تبين أن ثلاث نكهات كواركات ليست كافية لوصف جميع الهادرونات. في عام 1974، تم اكتشاف ما يسمى بالميزونات psi، والتي تتكون من كوارك ونوع جديد من الكوارك المضاد (cc̃). هذه الرائحة تسمى السحر. تبين أن الكوارك الساحر الجديد c أثقل بكثير من "إخوانه": أخف جسيمات psi - الميزون J/ψ - تبلغ كتلته 3097 MeV، أي أثقل بثلاث مرات من البروتون. عمرها الافتراضي حوالي 10-20 ثانية. تم اكتشاف عائلة كاملة من الميزونات psi بنفس تركيب الكواركات، ولكن في حالات مثارة، ونتيجة لذلك، لها كتل كبيرة. وكان من الواضح أنه لا بد أيضًا من وجود حالات مرتبطة للكوارك c مع كواركات ذات نكهات أخرى. في جسيمات من هذا النوع، لن يتم تعويض "سحر" الكوارك c بـ "السحر المضاد" للكوارك c، كما يحدث في الميزونات psi. لذلك، تسمى هذه الجسيمات بالميزونات الساحرة. الآن جميعها تقريبًا مفتوحة بالفعل. ولنذكر على سبيل المثال الميزون الغريب الساحر F +20 بتركيبة الكواركات cs̃، والذي تبلغ كتلته 2021 MeV. وتتنبأ النظرية أيضًا بوجود حوالي 20 باريونًا ساحرًا، تم العثور على بعضها بالفعل في التجارب، على سبيل المثال، Λ c + باريون بتركيب c̃ud وكتلة 2282 MeV.

لقد تنبأ المنظرون بوجود الكوارك الساحر، لأنه تبين أن الكواركات يجب أن تتواجد في أزواج، أو ثنائيات. وبشكل غير متوقع، اتضح أن الطبيعة لم تقتصر على ثنائيات الكواركات. وفي عام 1977، تم اكتشاف ميزونات أبسلون، والتي تتكون من كوارك وكوارك مضاد من النوع الخامس ب. العطر الجديد يسمى سحر. الكواركات الجميلة هي أكثر ضخامة من الكواركات الساحرة. تبلغ كتلة أول ميزون أبسيلون، وهو جسيم Y، 9456 MeV. هذا هو أخف جسيم في عائلة أبسيلون (أربعة جسيمات من هذه العائلة بتركيبة bb̃ quark معروفة الآن)، لكنه أيضًا أثقل بـ 10 مرات (!) من البروتون. في الآونة الأخيرة، أصبح من المعروف عن اكتشاف الميزونات الساحرة التي يرتبط فيها الكوارك b بالكوارك المضاد بنكهة مختلفة؛ على سبيل المثال، يحتوي الميزون B-20 على التركيبة bũ. تبلغ كتلة الميزونات الجميلة حوالي 5274 ميجا إلكترون فولت. ومن المتوقع أن يشكل كوارك b أيضًا كواركًا مزدوجًا مع كوارك t الأكثر ضخامة، والذي لم يتم اكتشافه تجريبيًا بعد.

تنقسم الهادرونات إلى مجموعتين: الميزونات (s = 0، 1، تشارك في التفاعل القوي) والباريونات (s = 1/2، 3/2، تشارك في التفاعل القوي). تنقسم الباريونات إلى نيوكليونات (s = 1/2) وهيبرونات (s = 1/2، 3/2).

2. ما هي فرضية الكوارك لـ M. Gellman وD. Zweig؟ ما هي التجارب التي أكدت وجود ثلاث شحنات نقطية في النيوكليونات؟ لماذا يكون دوران هذه الشحنات (الكواركات) نصف عدد صحيح؟

لأن النيوكليونات لها دوران نصف عدد صحيح وتتكون من ثلاثة كواركات، وإذا افترضنا أن جميع الكواركات لها نفس الدوران، فلا بد أن تكون نصف عدد صحيح.

3. أعط حسابًا للشحنات الكهربائية المحتملة للكواركات. ماذا كانت تسمى هذه الكواركات؟

دعونا نشير بـ Q و q إلى الممكن الشحنات الكهربائيةجسيمات دون الذرية.

إذا قمنا بحل هذا النظام من معادلتين في متغيرين نحصل عليه

(كان يسمى هذا الكوارك بـ u-quark)؛ ف = -1/3е (د-كوارك).

4. ما هي قوانين الحفظ التي تعكس حفظ الشحنة والأعداد الكتلية في التفاعلات النووية؟ صياغة قانون حفظ شحنة الباريون. كيف يؤكد استحالة اضمحلال الباريون إلى جزيئات أصغر؟

قانون حفظ الشحنة الكهربائية يعكس حفظ عدد الشحنة، وقانون حفظ الكتلة يعكس حفظ العدد الكتلي.

قانون حفظ شحنة الباريون: تظل شحنة الباريون محفوظة في جميع التفاعلات. يتم تفسير استحالة اضمحلال البروتون إلى جزيئات أصغر من خلال الحفاظ على شحنة الباريون. شحنة الباريون للكواركات تساوي 1/3، بالنسبة للباريونات (البروتونات والنيوترونات) B = 1 (شحنة الباريون للنواة). أثناء اضمحلال بيتا، يتخذ قانون الحفاظ على شحنة الباريون الشكل

تمتلك الهادرونات أعدادًا كمومية يتم حفظها في عمليات التفاعل القوية: الغرابة، والسحر، والجمال، وما إلى ذلك.

تنقسم الهادرونات إلى مجموعتين رئيسيتين حسب تركيب الكواركات:

في الآونة الأخيرة، ما يسمى هادرونات غريبة، وهي أيضًا جسيمات متفاعلة بقوة، ولكنها لا تتناسب مع إطار تصنيف الكواركات والكواركات المضادة أو تصنيف الهادرونات بثلاثة كواركات. لا يزال هناك شك في أن بعض الهادرونات غريبة. تنقسم الهادرونات الغريبة إلى:

• الباريونات الغريبة، على وجه الخصوص الخماسي كواركات، الحد الأدنى لتكوين الكواركات هو 4 كواركات و 1 كوارك مضاد.
• الميزونات الغريبة - على وجه الخصوص، جزيئات الهادرونات، وكرات الغراء، والميزونات الهجينة.

الباريونات (الفرميونات)

انظر قائمة أكثر تفصيلاً للباريونات.

يحتوي كل من الباريونات العادية (الفرميونات) على ثلاثة كواركات تكافؤ أو ثلاثة كواركات مضادة تكافؤ.

• النيوكليونات هي المكونات الفرميونية للنواة الذرية العادية:
• تحتوي الجسيمات الفائقة، مثل جسيمات Λ وΣ وΞ وΩ، على واحد أو أكثر من كواركات s، وتتحلل بسرعة، وتكون أثقل من النيوكليونات. على الرغم من عدم وجود هايبرونات عادة في النواة الذرية (فهي تحتوي فقط على مزيج من هايبرونات افتراضية)، إلا أن هناك أنظمة مرتبطة بواحد أو أكثر من هايبرونات مع النيوكليونات، تسمى هايبرونيات.
• كما تم اكتشاف الباريونات المسحورة والجميلة.

• تتكون الخماسي كواركات من خمسة كواركات تكافؤ (بتعبير أدق، أربعة كواركات وكوارك مضاد واحد).

تم العثور مؤخرًا على دلائل على وجود باريونات غريبة تحتوي على خمسة كواركات تكافؤ؛ ومع ذلك، كانت هناك تقارير عن نتائج سلبية. وتبقى مسألة وجودهم مفتوحة.

انظر أيضًا الديباريونات.

الميزونات (البوزونات)

انظر قائمة أكثر تفصيلا من الميزونات.

تحتوي الميزونات العادية على كوارك تكافؤ وكوارك مضاد تكافؤ. وتشمل هذه البيون، والكاون، والميزون J/ψ، والعديد من أنواع الميزونات الأخرى. في نماذج القوة النووية، يتم التفاعل بين النيوكليونات بواسطة الميزونات.

قد توجد أيضًا الميزونات الغريبة (لا يزال وجودها موضع شك):

• تتكون رباعيات الكواركات من كواركين تكافؤ واثنين من كواركات مضادة التكافؤ.

بحلول منتصف الستينيات من القرن العشرين، عندما تم اكتشاف عشرات الجسيمات "الأولية"، إلى جانب البروتون والنيوترون، أصبح من الواضح أن هذه الجسيمات "الأولية" تتكون من جسيمات أكثر أساسية. في عام 1964، وبشكل مستقل عن بعضهما البعض، اقترح M. Gell-Mann وD. Zweig نموذجًا مركبًا للكواركات من الهادرونات.
تتحد الكواركات لتشكل جسيمات تسمى هادرونات. يأتي مصطلح "هادرون" من الكلمة اليونانية "هادروس" - القوية وتعكس خاصية الهادرونات للمشاركة في التفاعلات القوية. الهادرونات هي أنظمة مرتبطة بالكواركات والكواركات المضادة. هناك نوعان من الهادرونات: الباريونات والميزونات.

أرز. 11.1. أنواع الهادرونات وتكوينها من الكواركات.

الأعداد الكمومية للكواركات التي تشكل الهادرونات تحدد الأعداد الكمومية للهادرونات. تمتلك الهادرونات قيمًا معينة للشحنة الكهربائية Q، وspin J، وparity P، وisospin I. وتقسم الأرقام الكمومية s (الغرابة)، وc (السحر أو السحر)، وb (الأسفل)، وt (العلوي) الهادرونات إلى عادية غير غريبة الجسيمات (p, n , π, …) والجسيمات الغريبة (K, Λ, Σ, …) والجسيمات المسحورة (D, Λ c, Σ c, …) والجسيمات القاعية (B, Λ b, Ξ b). يبلغ عمر الكوارك t ≈ 10 -25 ثانية، لذلك في مثل هذا الوقت القصير ليس لديه الوقت لتكوين هادرون.
تنشأ المجموعة الكاملة من الهادرونات نتيجة لمجموعات مختلفة من الكواركات u- وd- وs- وc- وb التي تشكل حالات مرتبطة.
الخصائص الكمومية للكواركات موضحة في الجدول. 11.1. يتمتع كل كوارك بثلاث درجات حرية ملونة أخرى (الأحمر والأزرق والأخضر). لا يتم الإشارة إلى درجات حرية اللون في الجدول. الجسيمات المضادة للكواركات هي كواركات مضادة.

الجدول 11.1

خصائص الكواركات

الخصائص الكمومية للكواركات المضادة موضحة في الجدول. 11.2.

الجدول 11.2

خصائص الكواركات المضادة

لا توجد الكواركات في حالة حرة، ولكنها موجودة في أنظمة الكواركات - الهادرونات. لذلك، لا يمكنهم تحرير أنفسهم من التفاعل مع الكواركات الأخرى الموجودة في نفس الحجم وربطها في هادرون مع الغلوونات.
رقم الباريون B هو خاصية كمومية للجسيمات، ويعكس قانون حفظ عدد الباريونات، الذي تم وضعه تجريبيًا حتى قبل اكتشاف الكواركات. على سبيل المثال، يمكن للبروتون، دون انتهاك قوانين الحفاظ على الطاقة والزخم والزخم الزاوي والشحنة الكهربائية، أن يتحلل إلى بوزيترون e + وγ-كمي

أو إلى بيون موجب الشحنة π + وγ-الكم

ومع ذلك، لا يتم ملاحظة مثل هذه الاضمحلال. يمكن فهم ذلك من خلال تعيين رقم الباريون B = +1 للبروتون، مع الأخذ في الاعتبار أن جميع الجسيمات المكونة من ثلاثة كواركات لها رقم باريون يساوي موجب واحد. الميزونات لها رقم باريون B = 0. والباريونات المضادة لها رقم باريون B = -1. اللبتونات لها رقم باريون B = 0.
تشير جميع البيانات التجريبية المتوفرة إلى وجود قانون حفظ عدد الباريونات (الشحنة) أو قانون حفظ عدد الباريونات:

رقم الباريون هو رقم كمي مضاف. أعداد الباريونات في الهادرونات هي نتيجة لبنيتها الكواركية. يتم تعيين رقم باريون للكواركات B = +1/3، والكواركات المضادة B = -1/3. إذن جميع الجسيمات التي تتكون من ثلاثة كواركات (باريونات) سيكون لها رقم باريون B = +1، والجسيمات التي تتكون من ثلاثة كواركات مضادة (الباريونات المضادة) سيكون لها B = -1، والجسيمات التي تتكون من كوارك وكوارك مضاد (ميزونات) سيكون لها B = 0.
على عكس الكواركات النقطية، فإن الهادرونات هي كائنات ممتدة، أي أن حجمها (≈ 1 fm). جذر متوسط ​​نصف قطر الشحنة المربعة للبروتون p وpion π وkaon K

إعطاء فكرة عن حجم هذه الهادرونات.

ف. فيلتشيك:"تولد الكواركات حرة، ولكنها توجد فقط مقيدة... في أوائل القرن العشرين، بعد التجارب الرائدة لرذرفورد وجيجر ومارسدن، اكتشف الفيزيائيون أن معظم الكتلة وكل الشحنة الموجبة داخل الذرة تتركز في أجزاء صغيرة من الذرة". نوى. في عام 1932، اكتشف تشادويك النيوترونات، والتي يمكن اعتبارها، مع البروتونات، مكونات للنواة الذرية. ومع ذلك، فإن قوى الجاذبية والكهرومغناطيسية المعروفة آنذاك لم تكن كافية لربط البروتونات والنيوترونات في أجسام صغيرة مثل النوى التي يمكن ملاحظتها. لقد واجه الفيزيائيون نوعًا جديدًا من التفاعل، هو الأقوى في الطبيعة. أصبح تفسير هذه القوة الجديدة المهمة الرئيسية للفيزياء النظرية.
ولحل هذه المشكلة، قام الفيزيائيون بجمع البيانات لسنوات عديدة، وذلك بشكل أساسي من دراسة نتائج تصادمات البروتونات والنيوترونات. ومع ذلك، تبين أن نتائج هذه الدراسات مرهقة ومعقدة.
إذا كانت الجسيمات في هذه التجارب أساسية (غير قابلة للتجزئة)، فبعد اصطدامها يتوقع المرء ظهور نفس الجسيمات، فقط على طول مسارات متغيرة. وبدلا من ذلك، كان الناتج بعد الاصطدام في كثير من الأحيان الكثير من الجزيئات. يمكن أن تحتوي الحالة النهائية على عدة نسخ من الجسيمات الأصلية وجسيمات أخرى. تم اكتشاف العديد من الجسيمات الجديدة بهذه الطريقة. وعلى الرغم من أن هذه الجسيمات، التي تسمى الهادرونات، كانت غير مستقرة، إلا أن خصائصها كانت مشابهة جدًا لخصائص النيوترونات والبروتونات. ثم تغيرت طبيعة البحث. لم يعد من الطبيعي أن نعتقد أننا كنا نتحدث ببساطة عن دراسة قوة جديدة تربط البروتونات والنيوترونات في النوى الذرية. بل لقد انفتح عالم جديد من الظواهر. يتكون هذا العالم من العديد من الجزيئات الجديدة وغير المتوقعة، والتي تتحول إلى بعضها البعض بعدد كبير بشكل مدهش من الطرق. ويعكس التغيير في المصطلحات أيضًا التغير في وجهات النظر.
وبدلاً من القوى النووية، بدأ الفيزيائيون يتحدثون عن التفاعل القوي.
في أوائل الستينيات، حقق موراي جيلمان وجورج زفايج تقدمًا هائلاً في نظرية القوة القوية من خلال مفهوم الكواركات. إذا تخيلت أن الهادرونات ليست جسيمات أساسية، ولكنها تتكون من عدد معين من الكواركات غير القابلة للتجزئة، فإن كل شيء يقع في مكانه الصحيح. العشرات من الهادرونات المرصودة، على الأقل بشكل تقريبي، يمكن تفسيرها بطرق مختلفة الطرق الممكنةمركبات من ثلاثة أنواع فقط ("نكهات") من الكواركات. يمكن أن يكون لنفس المجموعة من الكواركات مدارات مكانية مختلفة وتكوينات دوران مختلفة. ستعتمد طاقة مثل هذا النظام على كل هذه العوامل، وبالتالي سيتم الحصول على حالات ذات طاقات مختلفة، تتوافق مع الجسيمات ذات الكتل المختلفة، وفقًا للصيغة m = E/c 2. وهذا مشابه لكيفية فهمنا لطيف الحالات المثارة في الذرة باعتبارها مظهرًا للمدارات المختلفة وتكوينات الدوران للإلكترونات. (صحيح أن طاقات تفاعل الإلكترونات في الذرات صغيرة نسبيًا، وتأثير هذه الطاقات على الكتلة الإجمالية للذرة غير مهم).
ومع ذلك، فإن قواعد استخدام الكواركات لوصف النماذج الواقعية تبدو غريبة وغير مفهومة إلى حد ما.
وكان من المفترض أن الكواركات بالكاد تشعر بوجود بعضها البعض عندما تكون قريبة، ولكن إذا حاولت عزلها عن بعضها البعض، فستجد أن هذا مستحيل. لم تنجح المحاولات المكثفة للعثور على كوارك معزول. تبين أن الحالات المقيدة للكوارك مع الكوارك المضاد (الميزونات) وثلاثة كواركات (الباريونات) فقط هي التي يمكن ملاحظتها. هذا المبدأ، المستمد من الملاحظات التجريبية، كان يسمى الحبس. إلا أن الاسم السامي لم يجعل الظاهرة نفسها أقل غموضا.
كان للكواركات أيضًا ميزة أخرى رائعة. وكان من المفترض أن تكون شحناتها الكهربائية كسرية (1/3 أو 2/3) بالنسبة لشحنة الوحدة الرئيسية، على سبيل المثال، الإلكترون أو البروتون. جميع الشحنات الأخرى المرصودة معروفة بدقة كبيرة وهي مضاعفات الشحنة الرئيسية. بالإضافة إلى ذلك، فإن كواركات الهوية لا تطيع القواعد العاديةإحصائيات الكم. تتطلب هذه القواعد أن تكون الكواركات، مثل جسيمات الدوران 1/2، فرميونات ذات وظائف موجية غير متماثلة (متجاهلة تناظر الألوان). ومع ذلك، لا يمكن تفسير البيانات المرصودة على الباريونات باستخدام دوال موجية غير متماثلة، بل يجب أن تكون متماثلة.
أصبح جو الغموض المحيط بخصائص الكواركات أكثر سماكة عندما قام ج. فريدمان. أطلق كل من G. Kendall وR. Taylor وزملاؤهما في مسرع ستانفورد الخطي (SLAC) فوتونات عالية الطاقة واكتشفوا شيئًا يشبه الكواركات بداخلها. كان هذا غير متوقع. أنه خلال الاصطدامات القوية، تتحرك الكواركات (بتعبير أدق، تنقل الطاقة والزخم) كما لو كانت جسيمات حرة. قبل هذه التجربة، افترض معظم الفيزيائيين أنه مهما كان تفاعل الكواركات القوي، فإنه يجب أن يتسبب في إشعاع الكواركات للطاقة بكثرة، وبالتالي، بعد تسارع حاد، يجب أن تتبدد طاقة الحركة بسرعة. .

بعض الباريونات

بعض الميزونات

الكواركات التي تشكل الهادرونات يمكن أن تكون في حالات ذات عزم زاوي مداري مختلف ل q وفي الحالات ذات القيم المختلفة للرقم الكمي الشعاعي n. بما أن الكوارك له تكافؤ موجب، والكوارك المضاد له تكافؤ سلبي، فإن تكافؤ الباريونات ومضادات الباريونات والميزونات يتحدد بالعلاقات

حيث L هو الزخم المداري الناتج للكواركات في الهادرون.
بطريقة مماثلة، يمكننا الحصول على صيغة تكافؤ الميزون/الميزون المضاد:

يمكن توجيه دوران الكواركات بطرق مختلفة. لذلك، بالنسبة لنفس مجموعة الكواركات، يُسمح بقيم مختلفة للزخم الإجمالي والتكافؤ J P. تعتمد طاقة (كتلة) مجموعة كواركات ثابتة على J P والأعداد الكمومية الأخرى مثل اللف المتساوي، أي أنه لكل مجموعة كواركات يتم الحصول على مجموعة من الطاقات (الكتلة). هذا هو جوهر التحليل الطيفي الهادروني، والذي لا يختلف في الأساس عن التحليل الطيفي الذري أو النووي. الفرق في الذرة هو أنه إذا تغيرت الطاقة والأعداد الكمومية في الذرة (أو في النواة) ذات التركيب الداخلي المحدد للجزيئات، فهذا يعني الانتقال إلى حالة أخرى نفس الشيءالذرة (النواة). في فيزياء الهادرونات، التغير في الطاقة (الكتلة) والأعداد الكمومية لمجموعة كواركات ثابتة يعني الانتقال إلى آخرجسيم.

الهادرونات هي تشكيلات عديمة اللون من الكواركات الملونة.

لماذا توجد مثل هذه المجموعة المحدودة من هياكل الكواركات المقترنة - حالات الكواركات الثلاثة والكواركات المضادة؟ للإجابة على هذا السؤال لا بد من توضيح المفهوم حالة عديم اللون. ولم يكن نموذج الكوارك في نسخته الأصلية يحتوي على مفهوم "اللون". كان النموذج الأصلي قادرًا على تمثيل عائلة الهادرونات الكبيرة بأكملها في ثلاث مجموعات من الكواركات فقط - qqq (باريونات) و(antibaryons) وq (الميزونات). ومع ذلك، ظل من غير الواضح لماذا تكون مجموعات أخرى من الكواركات، على سبيل المثال، qq، qq، q، qqqq، qq، q، إلخ. ليس في الطبيعة، ولا يتم ملاحظة الكواركات الفردية نفسها. بالإضافة إلى ذلك، عُرفت الباريونات من ثلاثة كواركات متطابقة - uuu (Δ ++ -resonance)، ddd (Δ - ‑resonance)، sss (Ω - -hyperon)، حيث كانت الكواركات في حالات كمومية متطابقة، وهو ما يتعارض مع نظرية باولي. مبدأ. تمت إزالة كل هذه الصعوبات في النسخة الأولية من نموذج الكوارك من خلال إدخال رقم كمي آخر للكواركات يسمى لون. يجب أن يكون لهذا العدد الكمي ثلاث قيم محتملة حتى يمكن إعادة بناء مبدأ استبعاد باولي للباريونات المبنية من ثلاثة كواركات من نفس النكهة. يمكن اعتبار قيم الألوان الثلاثة المحتملة هذه - الأحمر (k) والأخضر (z) والأزرق (s) - بمثابة ثلاثة إسقاطات لنوع من دوران اللون في مساحة لونية ثلاثية الأبعاد (مع المحاور K، Z. S) .
مع إدخال اللون، يمكن تمثيل الرنين Δ++، على سبيل المثال، كمجموعة من ثلاثة كواركات u في حالات لونية مختلفة: Δ++ = u к u з u с. وهذا يعني أن مبدأ باولي كان صالحًا أيضًا في فيزياء الهادرونات. ومع ذلك، كان من المستحيل أن نقتصر على اللون ثلاثي القيم. كانت هناك مشكلة أخرى. إذا كنت u z u s - هذا هو الخيار الوحيد للرنين Δ ++، ثم بالنسبة للبروتون يمكن اقتراح العديد من المرشحين دون انتهاك مبدأ باولي: u к u з d с، u к u з d з، u с u к d к، إلخ. لكن هناك حالة بروتون واحدة فقط، ولا ينبغي أن يؤدي إدخال عدد كمي جديد "لون" إلى زيادة عدد الحالات المرصودة.
كان المخرج من هذا الوضع هو اعتماد الافتراض حول عديم اللونالحالات الكمومية المرصودة للهادرونات. ويعني انعدام لون الهادرونات أن الكواركات ذات الألوان المختلفة ممثلة فيها بأوزان متساوية. ويشار إلى هذه الحالات عديمة اللون باسم مفردات اللون. فهي ثابتة في ظل التحولات في مساحة اللون ثلاثية الأبعاد. إذا أخذ مؤشر ألوان الكوارك ثلاث قيم α = 1، 2، 3، فإن مثل هذه التحولات يكون لها الشكل

بشرط أن تكون حالات اللون متعامدة

حيث (*) تعني الاقتران المعقد، وδ βγ هو رمز كرونيكر.
على عكس الكواركات الملونة، فإن مجموعاتها المرصودة – الهادرونات – تكون دائمًا عديمة اللون. فيها، يتم تمثيل جميع ألوان الكواركات بأوزان متساوية. هذا هو التشابه بين اللون في البصريات ولون رقم الكابل. في كلتا الحالتين، مزيج متساوي من الألوان الأساسية الثلاثة ينتج مزيجًا عديم اللون (أبيض).
دعونا نفكر في مسألة كيفية أخذ درجات حرية اللون للكواركات في الاعتبار في الوظائف الموجية للهدرونات Y. وبما أن درجات الحرية هذه لا تعتمد على درجات حرية الكواركات الأخرى - الإحداثيات المكانية، والدوران، والنكهة، فإن يمكن عزل جزء اللون من دالة موجة الهادرون الإجمالية في شكل مضاعف ψ اللون:

Ψ = ψ اللون Ф،

حيث Ф جزء من دالة موجة الهادرون، والتي تتضمن المكانية ( فضاء)، يلف ( يلف) والعطرية ( نكهة) درجات حرية الكواركات. لنقم بتعيين النوع ψ color . الأمر مختلف بالنسبة للميزونات والباريونات.
بنية الكوارك للميزونات q. لكي يكون الميزون عديم اللون، يجب تمثيل جميع الألوان الممكنة للكوارك (الكوارك المضاد) بنفس الوزن، مما يعطي بنية اللون للميزون ~ (k + з + с). لذلك، بغض النظر عن نوع (تركيبة الكواركات) للميزون، فإن الجزء الملون من وظيفته الموجية، مع مراعاة التطبيع، له الشكل

عند تحديد نوع الدالة الموجية الملونة للباريون، من الضروري مراعاة مبدأ باولي. قد يحتوي الباريون على كواركات متطابقة، وبما أن الكواركات عبارة عن فرميونات، فلا ينبغي أن تكون هذه الكواركات في مثل هذه الباريونات في حالات كمومية متطابقة. في حالة الميزونات، لا يوجد مثل هذا القيد، لأنها تحتوي فقط على جسيمات مختلفة - كوارك وكوارك مضاد. وهذا يعني أن الدالة الموجية للباريون الذي يحتوي على كواركات من نفس النكهة يجب أن تكون غير متماثلة عندما يتم تبادل هذه الكواركات.

لنفكر في الموقف باستخدام مثال الرنين Δ ++ الذي يتكون من ثلاثة كواركات u. تكافؤ الدوران هو J P = 3/2 + . وقد أظهرت التجارب أن وظيفتها الموجية متناظرة في الإحداثيات المكانية للكواركات وليس لها عقد. وبالتالي، فإن الزخم المداري للكواركات L = 0 والزخم الإجمالي J P = 3/2 يرجع بالكامل إلى دوران الكواركات الموجهة في اتجاه واحد (). حالة الدوران هذه متناظرة. لذلك، المكاني تدور العطريةالدالة الموجية للرنين Δ ++ F متناظرة في هذه المتغيرات الثلاثة. وكما تبين التجربة، فإن هذا البيان ينطبق على جميع الباريونات، أي. تتمتع جميع الباريونات بوظائف موجية متناظرة تمامًا للتبديل المتزامن للإحداثيات المكانية، والسبينات، والنكهات لأي اثنين من الكواركات.لكي تكون غير متماثلة بشكل عام، يجب أن تحتوي الدالة الموجية الإجمالية Y لأي باريون على دالة لونية غير متماثلة ψ color. وظيفة موجة اللون غير المتماثلة الطبيعية للباريون لها الشكل

وتضمن وظيفة اللون هذه تلقائيًا تحقيق مبدأ باولي، الذي يحظر وجود باريون يحتوي على كواركات بنفس النكهة في حالات كمومية متطابقة تمامًا. عطرة ولونالدالة الموجية للرنين Δ++ لها الشكل

تم الحصول على عدم التماثل المطلوب لوظيفة موجة الرنين Δ ++. إنه غير متماثل في اللون، ومتماثل في الإحداثيات المكانية (العزوم المدارية للكواركات صفر) ويدور (). وبالتالي، فإن الدالة الموجية للرنين Δ ++ Y غير متماثلة ككل، كما ينبغي أن يكون الأمر بالنسبة للأنظمة التي تحتوي على فرميونات متماثلة. ومن السهل التحقق من أن مبدأ باولي ينطبق على هذه الحالة. دع كوارك u الأخضر يصبح أحمر: u з → u к ثم في الرنين Δ ++ لدينا كواركان u أحمران في نفس الحالة. في هذه الحالة، تصبح الدالة الموجية للرنين Δ ++ صفرًا.

الهدرونات

الهدرونات

القاموس الموسوعي المادي. - م: الموسوعة السوفيتية. . 1983 .

الهدرونات

(من الكلمة اليونانية hadros - كبير، قوي؛ المصطلح اقترحه L. B. Okun في عام 1967) - الجسيمات المشاركة في تفاعل قوي.الجميع ينتمي إلى أ. الباريونات(بما في ذلك - البروتون و) و الميزونات.أ. لها أعداد كمية يتم حفظها في عمليات التفاعل القوية: الغرابة والسحر والجمالوغيرها أ.متشابهة في الكتلة، لها نفس القيمأرقام الكم المشار إليها، وكذلك رقم الباريونويمكن دمج الظهر في مضاعفات النظائر,بما في ذلك أ. مع التحلل. كهربائي رسوم. النظائر والتي تختلف فقط في قيمة غرابتها، يمكن بدورها دمجها في مجموعات أكبر من الجسيمات - مضاعفات فائقة من المجموعة سو(3).

في الحالة الحرة، تكون جميع الإلكترونات (باستثناء البروتون) غير مستقرة. أولئك الذين يتحللون بسبب التفاعل القوي لديهم وقت مميز يتراوح بين 10 -22 -10 -23 ثانية ويتم استدعاؤهم. الأصداء(الاستثناء هو ما يسمى بالميزونات المتجهة ذات السحر الخفي: أو ذات الجمال الخفي: والتي يبلغ عمرها 10 -20 ثانية). أ.، التفكك بسبب ضعف أو الكهرومغناطيسية التفاعلات، ما يسمى مستقرة، لأن عمرها أطول بعدة مرات من الزمن المميز للتفاعل القوي. وتشمل الذرات "المستقرة" (بهذا المعنى)، بالإضافة إلى النيوكليونات هايبرونات , باريون ، الميزونات ، الميزونات المسحورة D، F، إلخ.

أ- الأنظمة المركبة. تتكون معظم الباريونات المعروفة من ثلاثة كواركات، وتتكون الميزونات من كوارك وكوارك مضاد (على الرغم من أنه من الممكن أن تحتوي على أزواج إضافية من الكواركات والكواركات المضادة، على سبيل المثال، الميزونات المكونة من 2 كواركات وكواركات مضادة). يتم تحديد قيم الغرابة والسحر والأعداد الكمومية المماثلة الأخرى لـ A. من خلال عدد الأعداد الغريبة المضمنة في تكوينها ( أنا)،مسحور ( مع)،الجميلة (6) وغيرها من الأنواع (النكهات) الممكنة من الكواركات والكواركات المضادة المقابلة لها.

أشعل.انظر تحت الفن. تفاعل قوي، الجسيمات الأولية. مع.مع. جيرستين.

الموسوعة الفيزيائية. في 5 مجلدات. - م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحريرصباحا بروخوروف. 1988 .

ترى ما هي "HADRONS" في القواميس الأخرى:

الموسوعة الحديثة

هادرونات- (من الهادروس اليونانية كبير، قوي)، الاسم العام للجسيمات الأولية المشاركة في التفاعلات القوية (انظر التفاعلات الأساسية). الهادرونات هي بروتونات، نيوترونات، ميزونات، إلخ. تتكون الهادرونات من كواركات. تم طرح مصطلح... القاموس الموسوعي المصور

الجسيمات الأولية المشاركة في التفاعل القوي (الباريونات والميزونات، بما في ذلك جميع الرنينات) ... كبير القاموس الموسوعي

الهدرونات- فئة واسعة من الابتدائية "الثقيلة" (انظر)، المشاركة في جميع التفاعلات، بما في ذلك التفاعلات القوية (انظر). أ. جسيمات المادة المعقدة التي تشبه النوى الذرية، تحتوي بدلاً من البروتونات والنيوترونات (انظر). أ- تشمل (انظر) … … موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

الجسيمات الأولية المشاركة في التفاعل القوي (الباريونات والميزونات، بما في ذلك جميع الرنينات). * * * الهادرونات الهادرونات، الجسيمات الأولية المشاركة في التفاعل القوي (انظر التفاعل القوي) (الباريونات (انظر الباريونات) والميزونات (انظر ... القاموس الموسوعي

- (gr. adros strong) الاسم العام للجسيمات المعلقة (الباريونات، بما في ذلك جميع الرنينات، والميزونات) الخاضعة لتفاعل قوي (هذا التفاعل مسؤول عن استقرار النوى الذرية). قاموس جديدكلمات اجنبية. بواسطة ادوارت،…… قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

هادرونات- الحالة الحالية لـ T sritis chemija apibrėžtis Stipriąja sąveika pasižyminčių Elementariųjų dalelių klasė. السمات: الإنجليزية. هادرون روس. الهادرونات... تنتهي الكيمياء بحياة جديدة

الاسم العام للجسيمات الأولية المشاركة في التفاعلات القوية (انظر التفاعلات القوية). تشمل الفئة (أ) البروتونات والنيوترونات والهايبرونات والميزونات، بالإضافة إلى جميع الجسيمات الرنانة (انظر الجسيمات الأولية)... الموسوعة السوفيتية الكبرى

- (من الهادروس اليونانية كبير، قوي) فئة من الجسيمات الأولية المشاركة في التفاعل القوي، وكذلك في تفاعل ضعيفوفي التفاعل الكهرومغناطيسي. أ. تشمل جميع الباريونات والميزونات، بما في ذلك الرنينات وما يقابلها... ... قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير

تؤدي مشاركة الجسيمات الأولية في سرب التفاعل القوي إلى إنشاء رابطة قوية بين النيوكليونات في النوى (نصف قطر التفاعل حوالي 10 13 سم). تشمل الهادرونات الباريونات والميزونات، بما في ذلك الرنين... علم الطبيعة. القاموس الموسوعي

كتب

• مجموعة من الجداول. الفيزياء. فيزياء الطاقة العالية (12 جدول)، . ألبوم تعليمي مكون من 12 ورقة. المادة - 5-8675-012. تكوين وأبعاد النواة. طاقة الربط للنيوكليونات في النواة. النشاط الإشعاعي الطبيعي. قانون الاضمحلال الإشعاعي. التفاعل النووي المتسلسل...