Есть такие маленькие частички кварки.
Открывали их очень долго, лет 50. На мысль об их существовании навело поразительное сходство протонов и нейтронов. Естественно, протон - это заряженная частица, а нейтрон без заряда, но в остальном их свойства поразительно похожи. Им даже дали общее название - нуклоны. Долго пытались учёные выбить из нуклонов осколки, но выбивали только какие-то странные частицы, часть из которых весила больше чем сам нуклон. Конечно, в перерывах между этим увлекательным занятием учёные думали, ездили на симпозиумы и обменивались информацией. И вот как-то один из физиков, кажется это был Мюррей Гелл-Манн, предложил такую абстрактную схему.
Есть две частицы. Одна (u) с зарядом +2/3, другая (d) с зарядом -1/3.
Нужно понимать что до этого момента никто в мире никаких дробных зарядов в глаза не видел! Нужно было быть очень наглым человеком чтобы озвучить такую чушь перед симпозиумом уважаемых людей.
Но идея очень просто описывала структуру протона и нейтрона.
Протон - это комбинация кварков uud. Его заряд 2/3+2/3-1/3= (два пишем семь на ум пошло) = 1.
Нейтрон - это udd. Его заряд 2/3-1/3-1/3 = 0.
Оставалось неясным почему эти кварки невозможно выбить из нуклона. Прошло ещё 10 лет пока новые данные не натолкнули учёных на мысль о связывающей кварки частице - глюоне.
Не буду рассказывать всех теорий, расскажу единственную верную. :)
Кварки внутри нуклона живут как собаки на привязи. И роль этой собачьей цепи выполняют глюоны, которые как звенья цепи протягиваются от одного кварка к другому. Когда кварки рядом, глюонная цепь ослаблена, и кварки перемещаются практически свободно. Но когда кварки отлетают далеко друг от друга, глюонная цепь натягивается, и толкает кварки обратно друг к другу.
Если слишком сильно натянуть цепь, то она порвётся. Но микромир устроен очень странно - на месте разрыва цепи возникает пара кварк-антикварк. Поэтому новый кварк занимает место выбитого в нуклоне, а новая частица, состоящая из пары кварк-антикварк улетает в просторы вселенной, естественно, попутно регистрируясь приборами коллайдера. :)
Что за антикварк? - спросит вдумчивый читатель. Да, как и у любой другой частицы, у u- и d-кварков есть их антиподы: u-антикварк и d-антикварк. Их заряды -2/3 и +1/3 соответственно.
Кроме того, как и все другие пары частица-античастица пары кварк-антикварк аннигилируют через некоторое время совместного существования, выделяя энергию в виде гамма-квантов, нейтрино и прочих частиц-осколков. Главное правило - энергия частиц до взаимодействия равна энергии частиц после взаимодействия.
Я почти подошёл к тетракваркам, :) ещё немного терпения.
Частицы из пары кварк-антикварк называются мезонами. Живут они недолго, распадаясь менее чем за миллионные доли секунды.
Частицы из трёх кварков бывают не только нуклонами. Их более общее название - барионы. Но только нуклоны стабильны. Остальные также распадаются за очень маленькое время.
Два года назад получили частицу из пяти кварков - пентакварк.
И вот, судя по всему, получили частицу из четырёх кварков.
Что такое ароматы, странность и очарованность? Это тоже свойства кварков, которые изменяют кварки, переводя их в другие поколения. Ведь кварков на самом деле не два, в 6 - по 2 в каждом из 3-х "поколений". Физики немного чёкнутые люди, и вместо новых названий для новых открытых свойств материи они использовали старые слова "странность" и "очарование", а все эти разновидности вместе назвали "ароматами". По началу это сбивает с толку, но по мере погружения в материал вы перестанете замечать неудобства от использования этих терминов.
Что ещё можно добавить? Я не рассказал про цветовые заряды. Это очень хитрая штука, которой обладают глюоны. У обычного заряда два вида: + и -. А у глюонов и кварков их три. Как их нормально можно описать? Кому-то пришла идея аналогии с цветовой палитрой. Вот он и назвал эти заряды цветными: красным, зелёным и синим. Ровно посередине между зелёным и синим находится антикрасный заряд. Между синим и красным - антизелёный, а между красным и зелёным - антисиний. Сложно? Думаю что да. Попробуйте найти картинку по запросу "квантовая хромодинамика", может быть будет понятней.
Так вот, каждый кварк имеет один из трёх цветовых зарядов: красный, зелёный или синий. Чтобы он поменял цвет, он должен провзаимодействовать с глюоном. А глюон всегда содержит один цвет и один антицвет. Например, красный кварк взаимодействует с сине-антикрасным глюоном, и становится синим: антикрасный цвет глюона уничтожает красный цвет кварка, а кварку остаётся синий.
Почему так мало живут мезоны? Потому что это всегда пара кварк-антикварк. Кварк всегда какого-то одного цвета, а антикварк - противоположного антицвета. То есть один из трёх вариантов: красный-антикрасный, зелёный-антизелёный или синий-антисиний. Соответственно они стянуты одной "цепью" таких же "монохромных" глюонов. И рано или поздно эта цепь подтянет кварк и антикварк на такое расстояние, где они провзаимодействуют.
В нуклонах цвета играют полной палитрой: там каждый из трёх кварков имеет свой цвет: один из них всегда красный, один зелёный и один синий. Красный кварк становится синим, излучая красно-антисиний глюон, который в свою очередь поглощается синим кварком, и тот становится красным. И так далее.
В тетракварках, очевидно, должно быть два кварка и два антикварка. Это такая суперпозиция двух мезонов. Различие видимо в том, что эти пары должны иметь одинаковый цвет, иначе они не будут между собой взаимодействовать.
Наверное для небольшого ликбеза информации достаточно, спасибо тем кто дочитал до конца.
yaplakal.com