Hadronet janë të përbëra. Hadronet. Grimcat elementare. barionet dhe mezonet. Klasifikimi dhe vetitë. Përbërja është një koncept relativ

Hadronet është emri i përgjithshëm për grimcat e përfshira në ndërveprime të forta. Emri vjen nga fjala greke që do të thotë "i fortë, i madh". Të gjithë hadronët janë të ndashëm me dy grupe të mëdha mezonet dhe barionet.

Baryonët (nga fjala greke për "të rëndë") janë hadrone me rrotullim gjysmë të plotë (shih rrotullimin). Barionet më të famshëm janë protoni dhe neutroni. Barionet përfshijnë gjithashtu një numër grimcash me një numër kuantik, dikur të quajtur çuditshmëri. Njësia e çuditshmërisë zotërohet nga barioni lambda (Λ 0) dhe familja e barioneve sigma (Σ - , Σ + dhe Σ 0). Indekset +, −, 0 tregojnë shenjën e ngarkesës elektrike ose neutralitetin e grimcës. Barionet xy (Ξ − dhe Ξ +) kanë dy njësi të çuditshmërisë. Barioni Ω − ka një çuditshmëri të barabartë me tre. Masat e barioneve të listuara janë afërsisht një herë e gjysmë më e madhe se masa e protonit, dhe jetëgjatësia e tyre karakteristike është rreth 10 -10 s. Kujtojmë se protoni është praktikisht i qëndrueshëm, ndërsa neutroni jeton më shumë se 15 minuta. Duket se barionet më të rënda janë jetëshkurtër, por në shkallën e mikrokozmosit, kjo nuk është kështu. Një grimcë e tillë, madje duke lëvizur relativisht ngadalë, me një shpejtësi të barabartë, të themi, me 10% të shpejtësisë së dritës, arrin të mbulojë një rrugë prej disa milimetrash dhe të lërë gjurmë në detektorin e grimcave elementare (shih Detektorët e rrezatimit bërthamor). Një nga vetitë e barioneve që i dallon ato nga llojet e tjera të grimcave mund të konsiderohet prania e një ngarkese të ruajtur të barionit. Kjo sasi u prezantua për të përshkruar faktin eksperimental të qëndrueshmërisë në të gjitha proceset e njohura të diferencës midis numrit të barioneve dhe antibarioneve (shiko Pariteti, Peptonet, Protoni).

Mezonet janë hadrone me spin me numër të plotë. Emri vjen nga fjala greke që do të thotë "mesi", pasi masat e mezoneve të parë të zbuluar ishin të ndërmjetme midis masave të protonit dhe elektronit. Ngarkesa e barionit të mesoneve është e barabartë me zero. Më të lehtat nga mezonet janë pionet, ose pi-mezonet π − , π + dhe π 0 . Masat e tyre janë afërsisht 6-7 herë më pak se masa e një protoni. Mezonet e çuditshme janë më masive - kaonet K + , K − dhe K 0: masat e tyre janë pothuajse dy herë më pak se masa e një protoni. Jetëgjatësia karakteristike e këtyre mezoneve është 10 −8 s.

Pothuajse të gjitha hadronet kanë antigrimca. Kështu, baryon sigma - minus Σ - ka një antisigma kundër grimcave - plus Σ̃ + , e cila është e ndryshme nga Σ + . E njëjta gjë mund të thuhet për barionet e tjerë. Me mezonet, situata është disi e ndryshme: një pion negativ është antigrimca e një pioni pozitiv, dhe një pion neutral nuk ka fare antigrimcë, pasi është një antigrimcë në vetvete. Në të njëjtën kohë, kaoni neutral K 0 ka një antigrimcë K̃ 0 . Këto fakte shpjegohen në modelin e kuarkut të hadroneve (shih Kuarkët).

Bota e hadroneve është e madhe - përfshin më shumë se 350 grimca. Shumica e tyre janë shumë të paqëndrueshme: ata kalbet në hadrone më të lehta në rendin prej 10 −23 s. Kjo është koha karakteristike e ndërveprimeve të forta; në një interval kaq të shkurtër, edhe drita ka kohë të përshkojë një distancë të barabartë vetëm me rrezen e një protoni (10 -13 cm). Është e qartë se grimca të tilla jetëshkurtra nuk mund të lënë gjurmë në detektorë. Zakonisht lindja e tyre zbulohet me shenja indirekte. Për shembull, ata studiojnë reagimin e asgjësimit të elektroneve dhe pozitroneve me lindjen pasuese të hadroneve. Duke ndryshuar energjinë e përplasjes së elektroneve dhe pozitroneve, konstatohet se në një vlerë të caktuar të energjisë, rendimenti i hadroneve rritet papritur. Ky fakt mund të shpjegohet me faktin se një grimcë ka lindur në gjendjen e ndërmjetme, masa e së cilës është e barabartë me energjinë përkatëse (deri në një faktor c 2). Kjo grimcë do të kalbet menjëherë në hadrone të tjera dhe e vetmja gjurmë e shfaqjes së saj do të jetë një kulm në grafikun e probabilitetit të prodhimit të hadronit kundrejt energjisë së përplasjes. Grimca të tilla jetëshkurtra quhen rezonanca. Shumica e barioneve dhe mezoneve janë rezonanca. Ata nuk lënë "autografë" në kamera dhe fotografi, e megjithatë fizikantët arrijnë të studiojnë vetitë e tyre: të përcaktojnë masën, jetëgjatësinë, rrotullimin, barazinë, metodat e kalbjes, etj.

Nga ide moderne hadronet nuk janë me të vërtetë grimca elementare. Ato kanë përmasa të fundme dhe një strukturë komplekse. Barionet përbëhen nga tre kuarkë. Prandaj, një antibarion përbëhet nga tre antikuarkë dhe është gjithmonë i ndryshëm nga një barion. Mesonët ndërtohen nga një kuark dhe një antikuark. Është e qartë se mesonet, të cilat përfshijnë çifte kuarkesh dhe antikuarkesh të të njëjtit lloj, nuk do të kenë antigrimca. Kuarkët mbahen brenda hadroneve nga fusha gluonike (shih ndërveprimet e forta). Në parim, teoria pranon ekzistencën e hadroneve të tjerë të ndërtuar nga një numër më i madh kuarkesh ose, anasjelltas, nga një fushë e vetme gluonike. Kohët e fundit, disa të dhëna eksperimentale janë shfaqur mbi ekzistencën e mundshme të grimcave të tilla hipotetike.

Teoria dinamike e kuarkeve, e cila përshkruan ndërveprimet e tyre, filloi të zhvillohet relativisht kohët e fundit. Fillimisht, modeli i kuarkut u propozua për të "vendosur gjërat në rregull" në një familje tepër të madhe hadronesh. Ky model përfshinte kuarke të tre llojeve, ose, siç thonë ata, shije. Me ndihmën e kuarkeve, u bë e mundur të vihej rregull në familjen e shumtë të hadroneve, duke i shpërndarë ato në grupe grimcash të quajtura multiplet. Grimcat e të njëjtit shumëfish kanë masa të afërta, por jo vetëm kjo shërbeu si bazë për klasifikimin e tyre; krahas të dhënave eksperimentale, në këtë rast është përdorur një aparat i veçantë matematikor i teorisë së grupeve.

Më vonë doli se tre shije kuarku nuk mjaftojnë për të përshkruar të gjithë hadronet. Në vitin 1974, u zbuluan të ashtuquajturat psi-mesonë, të përbërë nga një kuark dhe një lloj i ri antikuark (cc̃). Kjo aromë është quajtur sharm. Kuarku i ri i magjepsur c doli të ishte shumë më i rëndë se "vëllezërit" e tij: grimca më e lehtë psi, mezoni J/ψ, ka një masë prej 3097 MeV, d.m.th., 3 herë më e rëndë se një proton. Jetëgjatësia e tij është rreth 10 −20 s. Një familje e tërë psi-mezonësh u zbulua me të njëjtën përbërje kuarku cc, por në gjendje të ngacmuar dhe, si rezultat, me masa të mëdha. Ishte e qartë se gjendjet e lidhura të kuarkut c me kuarkë të shijeve të tjera duhet të ekzistojnë gjithashtu. Në grimca të tilla, "harmi" i kuarkut c nuk do të kompensohet nga "anti-harmi" i kuarkut c, siç ndodh në psi-mezonet. Prandaj, grimcat e tilla quhen mesone të magjepsura. Pothuajse të gjitha janë tashmë të hapura. Le të përmendim, për shembull, mezonin e çuditshëm të magjepsur F +20 me përbërjen e kuarkut cs̃, i cili ka një masë prej 2021 MeV. Teoria gjithashtu parashikon ekzistencën e rreth 20 barioneve të magjepsur, disa prej të cilëve tashmë janë gjetur në eksperimente, për shembull, barion Λ c + me përbërje c̃ud dhe masë 2282 MeV.

Ekzistenca e një kuarku të magjepsur u parashikua nga teoricienët, pasi doli që kuarkët duhet të takohen në çifte, dyshe. Papritur, doli që natyra nuk ishte e kufizuar në dy dyshe kuarke. Në vitin 1977, u zbuluan mezonet upsilon, të përbërë nga një kuark dhe një antikuark i tipit të pestë b. Aroma e re quhet sharm. Kuarkët e sharmit janë edhe më masivë se kuarkët e sharmit. Masa e mezonit të parë upsilon të grimcës Y është 9456 MeV. Kjo është grimca më e lehtë nga familja upsilon (tani njihen katër grimca të kësaj familjeje me përbërje kuarku bb̃), por është gjithashtu 10 herë (!) më e rëndë se protoni. Kohët e fundit, është bërë e ditur për zbulimin e mesoneve të bukura, në të cilat një b-kuark është çiftuar me një antikuark me një shije të ndryshme; për shembull, mezon B −20 ka përbërjen bũ. Masa e mesonëve të bukur është rreth 5274 MeV. B-kuark pritet gjithashtu të formojë një dyshe kuarku me një t-kuark edhe më masiv, i cili ende nuk është zbuluar eksperimentalisht.

Hadronet ndahen në dy grupe: mezonet (s = 0, 1, marrin pjesë në ndërveprim të fortë) dhe barionet (s = 1/2, 3/2, marrin pjesë në ndërveprim të fortë). Barionet ndahen në nukleone (s = 1/2) dhe hiperone (s = 1/2, 3/2).

2. Cila ishte hipoteza e kuarkut të M. Gellmann dhe D. Cweig? Cilat eksperimente konfirmuan ekzistencën e ngarkesave me tre pika në nukleone? Pse spini i këtyre ngarkesave (kuarkeve) është gjysmë numër i plotë?

Ishte se hadronet janë grimca të përbëra. Ekzistenca e ngarkesave me tre pika në nukleone u konfirmua nga një eksperiment në të cilin u studiua shpërndarja e elektroneve me një energji prej 20 GeV nga protonet dhe neutronet.

Sepse nukleonet kanë spin gjysmë të plotë dhe përbëhen nga tre kuarke, dhe nëse supozojmë se të gjithë kuarkët kanë të njëjtin spin, atëherë ai duhet të jetë gjysmë numër i plotë.

3. Jepni njehsimin e ngarkesave elektrike te mundshme te kuarkeve. Si quhen këta kuarkë?

Le të tregojmë Q dhe q ngarkesat elektrike të mundshme të kuarkeve.

Nëse e zgjidhim këtë sistem të dy ekuacioneve me dy ndryshore, marrim

(një kuark i tillë quhej u-kuark); q = -1/3e (d-kuark).

4. Cilat ligje të ruajtjes pasqyruan ruajtjen e numrit të ngarkesës dhe masës në reaksionet bërthamore? Formuloni ligjin e ruajtjes së ngarkesës së barionit. Si e konfirmon ai pamundësinë e zbërthimit të barionit në grimca më të vogla?

Ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike pasqyron ruajtjen e numrit të ngarkesës, dhe ligji i ruajtjes së masës pasqyron ruajtjen e numrit të masës.

Ligji i ruajtjes së ngarkesës së barionit: Ngarkesa e barionit ruhet në të gjitha ndërveprimet. Pamundësia e zbërthimit të protonit në grimca më të vogla shpjegohet me ruajtjen e ngarkesës së barionit. Ngarkesa e barionit të kuarkut është 1/3, për barionet (protonet dhe neutronet) B = 1 (ngarkesa e barionit të bërthamës). Në β-zbërthimin, ligji i ruajtjes së ngarkesës së barionit ka formën

ἁδρός "i madh; masiv") - një klasë grimcash të përbëra, që i nënshtrohen ndërveprimit të fortë. Termi u propozua nga fizikani sovjetik LB Okun në vitin 1962 gjatë kalimit nga modeli i Sakata-s i grimcave që ndërveprojnë fuqishëm në teorinë e kuarkut. Për grimcat elementare që nuk marrin pjesë në ndërveprime të forta, L. B. Okun më pas propozoi emrin adenonet .

Hadronet kanë numra kuantikë që ruhen në proceset e ndërveprimit të fortë: çuditshmëria, sharmi, sharmi, etj.

Sipas përbërjes së kuarkut, hadronet ndahen në dy grupe kryesore:

Kohët e fundit, të ashtuquajturat hadrone ekzotike, të cilat janë gjithashtu grimca fort ndërvepruese, por që nuk përshtaten në kuadrin e klasifikimit kuark-antikuark ose tre-kuark të hadroneve. Disa hadrone ende dyshohet se janë ekzotikë. Hadronet ekzotike ndahen në:

  • barionet ekzotike, në veçanti pentakuarkët, përbërja minimale e kuarkut të të cilëve është 4 kuarkë dhe 1 antikuark.
  • mezonet ekzotike - në veçanti molekulat hadronike, topat ngjitës dhe mezonet hibride.

Barionet (fermione)

Shihni një listë më të detajuar të barioneve.

Barionet e zakonshëm (fermione) secili përmban tre kuarkë valorë ose tre antikuarkë valorë.

  • Nukleonet janë përbërësit fermionikë të një bërthame të zakonshme atomike:
  • Hiperonet, të tilla si grimcat Λ-, Σ-, Ξ- dhe Ω, përmbajnë një ose më shumë s-kuarkë, prishen shpejt dhe janë më të rëndë se nukleonet. Edhe pse zakonisht nuk ka hiperone në bërthamën atomike (ajo përmban vetëm një përzierje të hiperoneve virtuale), ekzistojnë sisteme të lidhura të një ose më shumë hiperoneve me nukleone, të quajtura hiperbërthamë.
  • Janë zbuluar gjithashtu barionë magjepsës dhe të bukur.
  • Pentakuarkët përbëhen nga pesë kuarkë valorë (më saktë, katër kuarkë dhe një antikuark).

Kohët e fundit, janë gjetur shenja të ekzistencës së barioneve ekzotikë që përmbajnë pesë kuarkë valence; megjithatë, ka pasur raporte për rezultate negative. Çështja e ekzistencës së tyre mbetet e hapur.

Shih edhe dibarionet.

Mesonet (bozonet)

Shihni një listë më të detajuar të mesoneve.

Mesonët e zakonshëm përmbajnë një kuark valence dhe një antikuark valent. Këto përfshijnë pion, kaon, meson J/ψ dhe shumë lloje të tjera mesonësh. Në modelet e forcave bërthamore, ndërveprimi ndërmjet nukleoneve kryhet nga mezonet.

Mund të ekzistojnë edhe mezone ekzotike (ekzistenca e tyre është ende në pikëpyetje):

  • Tetrakuarkët përbëhen nga dy kuarkë valorë dhe dy antikuarkë valorë.

Nga mesi i viteve gjashtëdhjetë të shekullit XX, kur u zbuluan disa dhjetëra grimca "elementare" së bashku me protonin dhe neutronin, u bë e qartë se këto grimca "elementare" përbëheshin nga grimca më themelore. Në vitin 1964, në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri, M. Gell-Mann dhe D. Zweig propozuan një model të përbërë të kuarkut të hadroneve.
Kuarkët bashkohen në grimca të quajtura hadronet. Termi "hadron" vjen nga greqishtja "hadros" - i fortë dhe pasqyron vetinë e hadroneve për të marrë pjesë në ndërveprime të forta. Hadronet janë sisteme të lidhura kuarkesh dhe antikuarkesh. Ekzistojnë dy lloje të hadroneve - barionet dhe mezonet.

Oriz. 11.1. Llojet e hadroneve dhe përbërja e tyre kuarke.

Numrat kuantikë të kuarkeve që formojnë hadronin përcaktojnë numrat kuantikë të hadroneve. Hadronet kanë vlera të caktuara të ngarkesës elektrike Q, spin J, paritetin P, isospin I. Numrat kuantikë s (çuditshmëria), c (sharmi), b (poshtë) dhe t (lart) i ndajnë hadronet në grimca të zakonshme jo të çuditshme ( p, n , π, …), grimcat e çuditshme (K, Λ, Σ, …), të magjepsura (D, Λ c, Σ c, …) dhe grimcat e poshtme (B, Λ b, Ξ b). Kuarku t ka një jetëgjatësi prej ≈ 10 -25 s, kështu që nuk ka kohë të formojë një hadron në një kohë kaq të shkurtër.
E gjithë shumëllojshmëria e hadroneve lind si rezultat i kombinimeve të ndryshme të u-, d-, s-, c-, b-kuarkeve që formojnë gjendje të lidhura.
Karakteristikat kuantike të kuarkeve janë dhënë në tabelën 1. 11.1. Çdo kuark ka tre shkallë të tjera ngjyrash të lirisë (e kuqe, blu, jeshile). Shkalla e lirisë së ngjyrave nuk tregohet në tabelë. Antigrimcat e kuarkeve janë antikuarke.

Tabela 11.1

Karakteristikat e kuarkeve

Karakteristike Lloji kuark (shije)
d u s c b t
Ngarkesa elektrike Q,
në njësitë e
-1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3
Numri i barionit B +1/3
Spin J 1/2
Pariteti P +1
Isospin I 1/2 0
Projeksioni i isospin I 3 -1/2 +1/2 0
çudi s 0 0 -1 0 0 0
hijeshi c 0 0 0 +1 0 0
fund b 0 0 0 0 -1 0
Top t 0 0 0 0 0 +1
0.33 0.33 0.51 1.8 5 180
Masa aktuale e kuarkut 4-8 MeV 1,5-4 MeV 80-130 MeV 1,1-1,4 GeV 4,1-4,9 GeV 174±5 GeV

Karakteristikat kuantike të antikuarkeve janë dhënë në tabelën 1. 11.2.

Tabela 11.2

Karakteristikat e antikuarkut

Karakteristike Lloji kuark (shije)
d u s c b t
Ngarkesa elektrike Q,
në njësitë e
+1/3 -2/3 +1/3 -2/3 +1/3 -2/3
Numri i barionit B -1/3
Spin J 1/2
Pariteti P -1
Isospin I 1/2 0
Projeksioni i isospin I 3 +1/2 -1/2 0
çudi s 0 0 +1 0 0 0
hijeshi c 0 0 0 -1 0 0
fund b 0 0 0 0 +1 0
Top t 0 0 0 0 0 -1
Masa e kuarkut përbërës ms 2 , GeV 0.33 0.33 0.51 1.8 5 180
Masa aktuale e kuarkut 4-8 MeV 1,5-4 MeV 80-130 MeV 1,1-1,4 GeV 4,1-4,9 GeV 174±5 GeV

Kuarkët nuk ekzistojnë në gjendje të lirë, por janë të mbyllur në sistemet e kuarkut - hadronet. Prandaj, ata nuk mund të çlirohen nga ndërveprimi me kuarkë të tjerë të vendosur në të njëjtin vëllim dhe t'i lidhin ato në një hadron me anë të gluoneve.
Numri i barionit B është një karakteristikë kuantike e grimcave, që pasqyron ligjin e ruajtjes së numrit të barioneve të vendosur nga përvoja edhe para zbulimit të kuarkeve. Për shembull, një proton, pa shkelur ligjet e ruajtjes së energjisë, momentit, momentit këndor, ngarkesës elektrike, mund të kalbet në një pozitron e + dhe një γ-kuant

ose në një pion të ngarkuar pozitivisht π + dhe γ-kuant

Sidoqoftë, prishje të tilla nuk vërehen. Kjo mund të kuptohet duke i caktuar protonit numrin e barionit B = +1 dhe duke supozuar se të gjitha grimcat që përbëhen nga tre kuarkë kanë një numër barion të barabartë me plus një. Mezonët kanë numrin barion B = 0. Antibarionet kanë numrin barion B = -1. Leptonet kanë numrin e barionit B = 0.
Të gjitha të dhënat eksperimentale të disponueshme dëshmojnë për ekzistencën e ligjit të ruajtjes së numrit të barionit (ngarkesës) ose ligjit të ruajtjes së numrit të barioneve:

Numri i barionit është një numër kuantik shtesë. Numri i barioneve të hadroneve është pasojë e strukturës së tyre të kuarkut. Kuarkave u caktohet numri i barionit B = +1/3, dhe antikuarkut B = -1/3. Atëherë të gjitha grimcat që përbëhen nga tre kuarkë (barione) do të kenë numrin e barionit B = +1, grimcat e tre antikuarkeve (antibarionet) - B = -1, dhe grimcat e kuarkut dhe antikuarkut (mesonët) - B = 0.
Ndryshe nga kuarkët me pikë, hadronet janë objekte të zgjeruara, domethënë kanë një madhësi (≈ 1 fm). Rrezet e ngarkesës RMS të protonit p, pion π dhe kaon K

jepni një ide për madhësinë e këtyre hadroneve.

F. Vilcek:“Kuarkët lindin të lirë, por gjenden vetëm të lidhur… Në fillim të shekullit të njëzetë, pas eksperimenteve pioniere të Rutherford, Geiger dhe Marsden, fizikanët zbuluan se pjesa më e madhe e masës dhe e gjithë ngarkesës pozitive brenda një atomi është e përqendruar në bërthama të vogla. . Në vitin 1932, Chadwick zbuloi neutronet, të cilat, së bashku me protonet, mund të konsideroheshin si përbërës të bërthamës atomike. Megjithatë, forcat e njohura të gravitetit dhe elektromagnetizmit nuk ishin të mjaftueshme për të lidhur protonet dhe neutronet në objekte të tilla të vogla si bërthamat e vëzhguara. Fizikanët përballen me një lloj të ri ndërveprimi, më i forti në natyrë. Shpjegimi i kësaj force të re është bërë detyra kryesore e fizikës teorike.
Për të zgjidhur këtë problem, fizikanët kanë mbledhur të dhëna për shumë vite, të marra kryesisht nga studimi i rezultateve të përplasjeve të protoneve dhe neutroneve. Megjithatë, rezultatet e këtyre studimeve rezultuan të rënda dhe komplekse.
Nëse grimcat në këto eksperimente do të ishin themelore (të pandashme), atëherë pas përplasjes së tyre do të pritej të njëjtat grimca, të cilat do të shfaqen vetëm përgjatë trajektoreve të ndryshuara. Në vend të kësaj, prodhimi, pas përplasjes, ishte shpesh shumë grimca. Gjendja përfundimtare mund të përmbajë disa kopje të grimcave origjinale dhe grimcave të tjera. Në këtë mënyrë janë zbuluar shumë grimca të reja. Megjithëse këto grimca, të quajtura hadrone, ishin të paqëndrueshme, vetitë e tyre ishin shumë të ngjashme me ato të neutroneve dhe protoneve. Pastaj natyra e studimit ndryshoi. Nuk dukej më e natyrshme të besohej se ishte thjesht një çështje e studimit të një force të re që lidh protonet dhe neutronet në bërthamat atomike. Përkundrazi, është hapur një botë e re fenomenesh. Kjo botë përbëhej nga shumë grimca të reja dhe të papritura, duke u shndërruar në njëra-tjetrën në një numër çuditërisht të madh mënyrash. Një ndryshim në terminologji ishte gjithashtu një reflektim i ndryshimit të pikëpamjeve.
Në vend të forcave bërthamore, fizikanët filluan të flasin për ndërveprim të fortë.
Në fillim të viteve 1960, Murray Gell-Mann dhe George Cweig bënë një përparim të madh në teorinë e forcës së fortë me konceptin e kuarkut. Nëse imagjinoni se hadronet nuk janë grimca themelore, por përbëhen nga një numër i caktuar kuarkesh të pandarë, atëherë gjithçka bie në vend. Dhjetra hadrone të vëzhguara, të paktën në një përafrim të përafërt, mund të shpjegohen me mënyra të ndryshme mënyrat e mundshme komponimet e vetëm tre llojeve ("shije") kuarkesh. I njëjti grup kuarkesh mund të ketë orbita të ndryshme hapësinore dhe konfigurime të ndryshme rrotullimi. Energjia e një sistemi të tillë do të varet nga të gjithë këta faktorë, dhe kështu do të fitohen gjendje me energji të ndryshme, që u korrespondojnë grimcave me masa të ndryshme, sipas formulës m = E/c 2 . Kjo është e ngjashme me mënyrën se si ne e kuptojmë spektrin e gjendjeve të ngacmuara në një atom si një manifestim i orbitave të ndryshme dhe konfigurimeve të rrotullimit të elektroneve. (Vërtetë, energjitë e ndërveprimit të elektroneve në atome janë relativisht të vogla, dhe efekti i këtyre energjive në masën totale të atomit është i papërfillshëm.)
Sidoqoftë, rregullat për përdorimin e kuarkeve për të përshkruar modele realiste dukeshin mjaft të çuditshme dhe të pakuptueshme.
Supozohej se kuarkët vështirë se e ndjenin praninë e njëri-tjetrit kur ishin afër, por nëse përpiqeni t'i izoloni nga njëri-tjetri, do të zbuloni se kjo është e pamundur. Përpjekjet pa mundim për të gjetur një kuark të izoluar nuk kanë qenë të suksesshme. Vetëm gjendjet e lidhura të një kuarku me një antikuark (mesone) dhe tre kuarkë (barione) rezultuan të ishin të vëzhgueshme. Ky parim, i nxjerrë nga vëzhgimet eksperimentale, u quajt mbyllje. Megjithatë, emri sublim nuk e bëri vetë fenomenin më pak misterioz.
Kuarkët kishin gjithashtu një veçori tjetër të jashtëzakonshme. Supozohej se ngarkesat e tyre elektrike janë të pjesshme (1/3 ose 2/3) në lidhje me ngarkesën e njësisë kryesore, për shembull, një elektron ose një proton. Të gjitha ngarkesat e tjera të vëzhguara njihen me saktësi të madhe dhe janë shumëfish të asaj kryesore. Për më tepër, kuarkët identikë nuk u binden rregullave të zakonshme të statistikave kuantike. Këto rregulla kërkojnë që kuarkët, si grimca me rrotullim 1/2, të jenë fermione me funksione valore antisimetrike (me përjashtim të simetrisë së ngjyrave). Megjithatë, të dhënat e vëzhguara të barionit nuk mund të shpjegohen në termat e funksioneve të valës antisimetrike; ato duhet të jenë simetrike.
Atmosfera e misterit rreth vetive të kuarkeve u tras edhe më shumë kur J. Friedman. G. Kendall, R. Taylor dhe kolegët e tyre në Përshpejtuesin Linear të Stanfordit (SLAC) dërguan fotone me energji të lartë për të vrapuar dhe gjetën diçka si kuarkë brenda. Kjo ishte e papritur. që gjatë përplasjeve të forta kuarkët lëvizin (më saktë transferojnë energji dhe moment) sikur të ishin grimca të lira. Para këtij eksperimenti, shumica e fizikanëve supozonin se cilido qoftë ndërveprimi i fortë i kuarkut, ai duhet të bëjë që kuarkët të rrezatojnë energji të bollshme, dhe për këtë arsye, pas një përshpejtimi të mprehtë, energjia e lëvizjes duhet të shpërndahet shpejt.
.

Disa barione

Grimca Kuark
strukturën
Pesha
mc 2, MeV
Jetëgjatësia
t (sek) ose
gjerësia G
Barazia e rrotullimit,
isospin J P (I)
Kryesor
modë e kalbjes
fq uud 938.27 > 10 32 vjeç 1/2 + (1/2)
n udd 939.57 885,7±0,8 1/2 + (1/2) pe-e
Λ uds 1116 2.6×10 -10 1/2 + (0) pπ - , nπ 0
Σ + uus 1189 0,80×10 -10 1/2 + (1) pπ 0, nπ +
Σ 0 uds 1193 7,4×10 -20 1/2 + (1) Λγ
Σ - dds 1197 1,5×10 -10 1/2 + (1) npi-
Ξ 0 uss 1315 2.9×10 -10 1/2 + (1/2) Λπ 0
Ξ - dss 1321 1.6×10 -10 1/2 + (1/2) Λπ -
Δ ++ uuu 1230-1234 115-125 MeV 3/2 + (3/2) (n ose p) + p
Δ + uud
Δ 0 udd
Δ + ddd
Σ(1385) + uus 1383 36 MeV 3/2 + (1) Λπ, Σπ
Σ(1385) 0 uds 1384 36 MeV
Σ(1385) - dds 1387 39 MeV
Ξ(1530) 0 uss 1532 9.1 MeV 3/2 + (1/2) Ξπ
Ξ(1530) - dss 1535 9.9 MeV
Ω - sss 1672 0,82×10 -10 3/2 + (0) ΛK - , Ξ 0 π -
N(1440) + uud 1430-1470 250-450 MeV 1/2 + (1/2) n(π)+p(2π), ∆π
N (1440) 0 udd
N(1520) + uud 1515-1530 110-135 MeV 3/2 - (1/2) n(π)+p(2π), ∆π
N (1520) 0 udd
udc 2285 2.0×10 -13 1/2 + (0) (n ose p)+tjetër
Σc(2455)++ uuc 2453 2.2 MeV 1/2 + (1) π
Σ c (2455) + udc 2451 < 4.6 МэВ
Σ c (2455) 0 ddc 2452 2.2 MeV
udb 5620 1.4×10 -13 1/2 + (0) e-
usb 5792 1.4×10 -12 1/2 + (1/2) Ξ-e-X

Disa mezone

Grimca Kuark
strukturën
Pesha
mc 2, MeV
Jetëgjatësia
t (sek) ose
gjerësia G
Barazia e rrotullimit,
isospin J P (I)
Kryesor
modë e kalbjes
π + u 139.57 2.6×10 -8 0 - (1) ν μ μ +
π - d μ μ -
π 0 u - d 134.98 8,4×10 -17
K+ u 494 1.2×10 -8 0 - (1/2) ν μ μ + , π 0 π +
K- s μ μ - , π 0 π -
K0 d 498 8,9×10 -11 0 - (1/2) π + π - , π 0 π 0
K0 s 5.2×10 -8 πeν, πμν, 3π
η u + d - 2s 548 1,29 keV 0 - (0) 2γ, 3π
η" u+d+s 958 0.20 MeV 0 - (0) η2π, ρ 0 γ
ρ + u 776 150 MeV 1 - (1) ππ
ρ - d ππ
ρ 0 u - d 776 150 MeV ππ
ω u + d 783 8.5 MeV 1 - (0)
¢ s 1019 4.3 MeV 1 - (0) K + K - ,
D+ c 1869 1.0×10 -12 0 - (1/2) K+tjetër, e+tjetër, μ+tjetër
D- d K+tjetër, e+tjetër, μ+tjetër
D0 c 4.1×10 -13 0 - (1/2) K+tjetër, e+tjetër, μ+tjetër
D0 u K+tjetër, e+tjetër, μ+tjetër
c 1968 4,9×10 -13 0 - (0) K+të tjera
s K+të tjera
B+ u 5279 1.7×10 -12 0 - (1/2) D+tjetër, D * +tjetër, ν+tjetër
B- b D+tjetër, D * +tjetër, ν+tjetër
B0 d 5279 1.5×10 -12 0 - (1/2) D+tjetër, D * +tjetër, ν+tjetër
B0 b D+tjetër, D * +tjetër, ν+tjetër
J/ψ c 3097 91 keV 1 - (0) hadrone, 2e, 2μ
Y b 9460 53 keV 1 - (0) τ + τ-, μ + μ-, e + e-

Kuarkët që formojnë hadrone mund të jenë në gjendje me momente të ndryshme orbitale l q dhe në gjendje me vlera të ndryshme të numrit kuantik radial n. Meqenëse kuarku ka një barazi pozitive dhe antikuarku ka një barazi negative, barazitë e barioneve, antibarioneve dhe mezoneve përcaktohen nga marrëdhëniet

ku L është momenti orbital që rezulton i kuarkut në hadron.
Në mënyrë të ngjashme, mund të merret formula për paritetin mezon/antimson:

Rrotullimet e kuarkeve mund të orientohen në mënyra të ndryshme. Prandaj, për të njëjtin kombinim kuarku, vlera të ndryshme të momentit total dhe paritetit J P janë të pranueshme. Energjia (masa) e një kombinimi kuarku fiks varet nga J P dhe numra të tjerë kuantikë si izospin, d.m.th. një grup energjish (masash) fitohet për çdo kombinim kuarku. Ky është thelbi i spektroskopisë së hadronit, i cili në thelb nuk ndryshon nga spektroskopia atomike ose bërthamore. Dallimi në atom është se nëse energjia dhe numrat kuantikë ndryshojnë në një atom (ose në bërthamë) me një përbërje të caktuar të brendshme të grimcave, atëherë kjo do të thotë një kalim në një gjendje tjetër. e njëjta atom (bërthamë). Në fizikën e hadronit, një ndryshim në energjinë (masën) dhe numrat kuantikë të një kombinimi kuarku fiks nënkupton një kalim në një tjetër grimcë.

Hadronet - formacione pa ngjyrë të kuarkeve me ngjyra

Pse ekziston një grup kaq i kufizuar i strukturave të kuarkut të lidhur - gjendjet me tre kuarkë dhe kuark-antikuarkë? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, është e nevojshme të sqarohet koncepti gjendje pa ngjyrë. Modeli i kuarkut në versionin e tij origjinal nuk përmbante konceptin e "ngjyrës". Modeli origjinal ishte në gjendje të përfaqësonte të gjithë familjen e shumtë të hadroneve si vetëm tre kombinime të kuarkut - qqq (barionet), (antibarionet) dhe q (mesone). Megjithatë, mbeti e paqartë pse kombinime të tjera kuarkesh, për shembull, qq, qq, q, qqqq, qq, q, etj. nuk ekziston në natyrë, dhe vetë kuarket individuale nuk vërehen. Për më tepër, barionet e tre kuarkeve identike ishin të njohura - uuu (Δ ++ -rezonancë), ddd (Δ - -rezonancë), sss (Ω - -hiperon), në të cilat kuarkët ishin në të njëjtat gjendje kuantike, të cilat kundërshtonin Parimi Pauli. Të gjitha këto vështirësi të versionit fillestar të modelit të kuarkut u hoqën duke futur një numër tjetër kuantik për kuarkët, i quajtur ngjyrë. Ky numër kuantik duhej të kishte tre vlera të mundshme për të rikuperuar parimin Pauli për barionet e ndërtuara nga tre kuarkë me të njëjtën shije. Këto tre vlera të mundshme të ngjyrave - e kuqe (k), jeshile (h) dhe blu (s) - mund të konsiderohen si tre projeksione të një lloj rrotullimi ngjyrash në një hapësirë ​​ngjyrash tredimensionale (me boshtet K, Z. C. ).
Me futjen e ngjyrës, Δ ++ -rezonanca, për shembull, mund të përfaqësohet si një kombinim i tre u-kuarkeve në gjendje të ndryshme ngjyrash: Δ ++ = u në u z u s. Kjo do të thoshte se parimi i Paulit ishte gjithashtu i vlefshëm në fizikën e hadronit. Sidoqoftë, ishte e pamundur të kufizoheshim në ngjyrën me tre vlera. Kishte edhe një problem. Nëse ju për ju jeni ju s - ky është i vetmi variant i rezonancës Δ ++, atëherë mund të propozohen disa kandidatë për protonin pa shkelur parimin Pauli: një gjendje protonike dhe futja e një numri të ri kuantik "ngjyra" nuk duhet të rrisë numrin e gjendjeve të vëzhguara. .
Rruga për të dalë nga kjo situatë ishte miratimi i postulatit të pangjyrë vërehen gjendjet kuantike të hadroneve. Pangjyrshmëria e hadroneve do të thotë se kuarket me ngjyra të ndryshme përfaqësohen në to me pesha të barabarta. Gjendje të tilla të pangjyrë referohen si teke me ngjyra. Ato janë të pandryshueshme në transformimet në hapësirën tredimensionale të ngjyrave. Nëse indeksi i ngjyrës së kuarkut merr tre vlera α = 1, 2, 3, atëherë transformime të tilla kanë formën

nën kushtin e ortonormalitetit të gjendjeve të ngjyrave

ku (*) do të thotë konjugim kompleks dhe δ βγ është simboli Kronecker.
Ndryshe nga kuarkët me ngjyra, kombinimet e tyre të vëzhguara - hadronet - janë gjithmonë pa ngjyrë. Në to, të gjitha ngjyrat e kuarkut përfaqësohen me të njëjtat pesha. Kjo është analogjia midis ngjyrës në optikë dhe numrit kuantik të ngjyrës. Në të dyja rastet, një përzierje e barabartë e tre ngjyrave bazë prodhon një kombinim të pangjyrë (të bardhë).
Shqyrtoni pyetjen se si duhet të merren parasysh shkallët e ngjyrave të lirisë së kuarkut në funksionet e valës së hadronit Y. Meqenëse këto shkallë lirie nuk varen nga shkallët e tjera të lirisë së kuarkut - koordinatat hapësinore, rrotullimi dhe shija, atëherë pjesa e ngjyrës e funksionit total të valës së hadronit mund të dallohet në formën e shumëzuesit ψ ngjyra:

Ψ = ψngjyra Ф,

ku Ф është pjesa e funksionit të valës së hadronit, e cila përfshin hapësirën ( hapësirë), rrotullim ( rrotullim) dhe aromatike ( shije) shkallët e lirisë së kuarkeve. Vendosni ngjyrën e pamjes ψ. Është i ndryshëm për mesonet dhe barionet.
Struktura kuarke e mesoneve q. Që mezoni të jetë i pangjyrë, të gjitha ngjyrat e mundshme të kuarkut (antikuarkut) në të duhet të përfaqësohen me të njëjtën peshë, gjë që jep strukturën e ngjyrave të mezonit ~ (k + z + c ). Prandaj, pavarësisht nga lloji (përbërja kuark) e mezonit, pjesa ngjyra e funksionit të tij valor, duke marrë parasysh normalizimin, ka formën

Në përcaktimin e formës së funksionit të valës së ngjyrave të barionit, është e nevojshme të merret parasysh parimi Pauli. Një barion mund të përmbajë kuarke identike, dhe meqenëse kuarkët janë fermione, këta kuarkë në barione të tillë nuk duhet të jenë në të njëjtat gjendje kuantike. Në rastin e mesoneve, nuk ka një kufizim të tillë, pasi ato përmbajnë vetëm grimca të ndryshme - një kuark dhe një antikuark. Kjo do të thotë që funksioni valor i një barioni që përmban kuarkë me të njëjtën shije duhet të jetë antisimetrik kur këto kuarke ndërrohen.

Le të shqyrtojmë situatën në shembullin e Δ ++ -rezonancës, e përbërë nga tre u-kuarkë. Pariteti i tij spin është J P = 3/2 + . Eksperimentet kanë treguar se funksioni i tij valor është simetrik në koordinatat hapësinore të kuarkeve dhe nuk ka nyje. Rrjedhimisht, momenti orbital i kuarkeve L = 0 dhe momenti total J P = 3/2 janë tërësisht për shkak të rrotullimeve të kuarkeve të drejtuara në një drejtim (). Një gjendje e tillë rrotullimi është simetrike. Prandaj, hapësinore-spin-aromatike funksioni valor i rezonancës Δ ++ F është simetrik në këto tre variabla. Siç tregon përvoja, kjo deklaratë është e vërtetë për të gjithë barionet, d.m.th. të gjithë barionet kanë funksione valore që janë plotësisht simetrike me ndërrimin e njëkohshëm të koordinatave hapësinore, rrotullimeve dhe shijeve të çdo dy kuarkesh. Për të qenë antisimetrik në përgjithësi, funksioni total i valës Y i çdo baroni duhet të përmbajë funksionin antisimetrik të ngjyrës ψ ngjyra. Funksioni i normalizuar i valës së ngjyrave të barionit antisimetrik ka formën

Një funksion i tillë ngjyrash siguron automatikisht përmbushjen e parimit Pauli, i cili ndalon ekzistencën e një baroni që përmban kuarkë me të njëjtën shije në gjendje kuantike plotësisht identike. Aromatike dhe me ngjyra funksioni valor i rezonancës Δ ++ ka formën

Është marrë antisimetrizimi i kërkuar i funksionit valor të rezonancës Δ ++. Është antisimetrik në ngjyrë, simetrik në koordinatat hapësinore (momentet orbitale të kuarkeve janë zero) dhe rrotullimet (). Kështu, funksioni valor i rezonancës Δ ++ Y është antisimetrik në tërësi, siç duhet të jetë për sistemet që përmbajnë fermione identike. Është e lehtë të kontrollosh përmbushjen e parimit Pauli për këtë gjendje. Lëreni u-kuarkun e gjelbër të bëhet i kuq: u g → u k. Pastaj në rezonancën Δ ++ kemi dy u-kuarkë të kuq në të njëjtën gjendje. Në këtë rast, funksioni valor i rezonancës Δ ++ zhduket.

HADRONET

HADRONET

Fjalor Enciklopedik Fizik. - M.: Enciklopedia Sovjetike. . 1983 .

HADRONET

(nga greqishtja hadros - i madh, i fortë; termi u propozua nga L. B. Okun në 1967) - grimcat e përfshira në ndërveprim i fortë. Të gjithë i përkasin A. barionet(duke përfshirë - proton dhe ) dhe mezonet. A. kanë numra kuantikë që ruhen në proceset e bashkëveprimit të fortë: çuditshmëria, sharmi, bukuria dhe të tjera. Të ngjashme në masën A., që kanë të njëjtat vlera të numrave kuantikë të treguar, si dhe numri i barionit dhe mbrapa mund të kombinohen në multiples izotopike, duke përfshirë A. me dekomp. elektrike akuzat. Izo-temë. , të cilat ndryshojnë vetëm në vlerën e çuditshmërisë, nga ana tjetër, mund të kombinohen në grupe më të mëdha të grimcave - supershumë të grupit SU (3).

Në gjendje të lirë, të gjithë atomet (me përjashtim të mundshëm të protonit) janë të paqëndrueshëm. Ato prej tyre, të kalbjes së thekrës për shkak të ndërveprimit të fortë, kanë një rend karakteristik prej 10 -22 -10 -23 s dhe të quajtura. rezonancat(përjashtim bëjnë të ashtuquajturat mezone vektoriale me hijeshi të fshehur: ose me bukuri të fshehur: , jetëgjatësia e të cilave është 10 -20 s). A., që kalbet për shkak të dobët ose el.-magnet. ndërveprime, të quajtura paraprakisht të qëndrueshme, pasi jetëgjatësia e tyre është shumë herë më e gjatë se koha karakteristike e ndërveprimit të fortë. "E qëndrueshme" (në këtë kuptim) A., përveç nukleoneve, përfshijnë hiperonet , barion , mesonet , mezonet e magjepsur D, F etj.

A. janë sisteme të përbëra. Shumica e barioneve të njohura përbëhen nga tre kuarkë, dhe mesone - të një kuarku dhe një antikuarki (megjithëse është e mundur që ata të kenë çifte shtesë kuark-antikuarku, për shembull, mesonet e 2 kuarkeve dhe 2 antikuarkeve). Vlerat e çuditshmërisë, sharmit dhe numrave të tjerë kuantikë të ngjashëm të A. përcaktohen nga numri i atyre të çuditshëm të përfshirë në përbërjen e tyre ( Unë jam), i magjepsur ( Me), bukur (6) dhe lloje të tjera të mundshme (shije) kuarkesh dhe antikuarke përkatëse.

Ndezur. shih në Art. Ndërveprim i fortë, Grimca elementare. ME. ME. Gerstein.

Enciklopedi fizike. Në 5 vëllime. - M.: Enciklopedia Sovjetike. Kryeredaktori A. M. Prokhorov. 1988 .


Shihni se çfarë janë "ADRONS" në fjalorë të tjerë:

    Enciklopedia moderne

    hadronet- (nga greqishtja hadros i madh, i fortë), emri i përgjithshëm i grimcave elementare të përfshira në ndërveprime të forta (shih Ndërveprimet Themelore). Hadronet janë protonet, neutronet, mezonet, etj. Hadronet përbëhen nga kuarke. Termi u prezantua... Fjalor Enciklopedik i Ilustruar

    Grimcat elementare që marrin pjesë në ndërveprimin e fortë (barionet dhe mesonet, duke përfshirë të gjitha rezonancat) ... I madh fjalor enciklopedik

    HADRONET- një klasë e gjerë elementare "të rënda" (shih), që marrin pjesë në të gjitha ndërveprimet, duke përfshirë në të fortë (shih). A. grimcat komplekse të materies që ngjajnë me bërthamat e atomeve, ku në vend të protoneve dhe neutroneve ato përmbahen (shih). Për A. përfshijnë (shih), ... ... Enciklopedia e Madhe Politeknike

    Grimcat elementare që marrin pjesë në ndërveprim të fortë (barionet dhe mezonet, duke përfshirë të gjitha rezonancat). * * * HADRONET HADRONE, grimca elementare që marrin pjesë në bashkëveprimin e fortë (shih NDËRVEPRIM TË FORTË) (barionet (shih BARIONET) dhe mezonet (shih ... fjalor enciklopedik

    - (gr. adros fortë) emri i përgjithshëm i grimcave ammentare (barionet, duke përfshirë të gjitha rezonancat dhe mezonet) që i nënshtrohen ndërveprimit të fortë (ky ndërveprim është përgjegjës për qëndrueshmërinë e bërthamave atomike). Fjalor i ri fjalë të huaja. nga EdwART,…… Fjalori i fjalëve të huaja të gjuhës ruse

    hadronet- hadronai statusas T sritis chemija apibrėžtis Stipriąja sąveika pasižyminčių elementariųjų dalelių klasė. atitikmenys: angl. hadronsrus. hadronet... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

    Emri i përgjithshëm për grimcat elementare të përfshira në ndërveprime të forta (Shih ndërveprimet e forta). Klasa A. përfshin protonin, neutronin, hiperonet, mezonet, si dhe të gjitha grimcat rezonante (shiko Grimcat elementare) ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

    - (nga greqishtja hadros i madh, i fortë) një klasë grimcash elementare që marrin pjesë në bashkëveprim të fortë, si dhe në bashkëveprim të dobët dhe në bashkëveprim elektromagnetik. Të gjithë barionet dhe mezonet, duke përfshirë rezonancat, dhe përkatësin e tyre ... ... Fjalor i madh enciklopedik politeknik

    Grimcat elementare që marrin pjesë në ndërveprim të fortë çojnë në krijimin e një lidhjeje të fortë midis nukleoneve në bërthama (rrezja e ndërveprimit është rreth 10 13 cm). Hadronet përfshijnë barionet dhe mesonet, duke përfshirë rezonancat... Shkenca natyrore. fjalor enciklopedik

libra

  • Një grup tavolinash. Fizika. Fizika e energjisë së lartë (12 tabela), . Album edukativ me 12 fletë. Neni - 5-8675-012. Përbërja dhe dimensionet e bërthamës. Energjia lidhëse e nukleoneve në bërthamë. radioaktiviteti natyror. Ligji i zbërthimit radioaktiv. Reaksioni zinxhir bërthamor...