 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
95
частицы, которые и регистрируются. Такие короткоживущие частицы называются резонансами.
Большинство барионов и мезонов – резонансы.
Адроны не являются истинно элементарными частицами Они имеют конечные размеры и
сложную структуру. Барион состоит из трех кварков, мезоны построены из кварка и антикварка,
кварки удерживаются внутри адронов глюонным полем. В принципе теория допускает
существование других адронов, построенных из большего числа или из одного глюонного поля.
Первоначально кварковая модель была предложена для систематики слишком многочисленного
семейства адронов. Такая модель включала кварки трех типов или ароматов (в дальнейшем
оказалось, что их больше). С помощью кварков удалось разделить адроны на группы, называемые
мультиплетами. Частицы одного мультиплета имеют малоотличающиеся массы.
4.6. Строение атомного ядра
Нуклонный уровень
Примерно через 20 лет после того, как Резерфорд «разглядел» в недрах атома его ядро, был
открыт нейтрон – частица по всем своим свойствам такая же, как ядро атома водорода – протон,
но только без электрического заряда. Нейтрон оказался чрезвычайно удобен для зондирования
внутренности ядер. Поскольку он электрически нейтрален, электрическое поле ядра не
отталкивает его – соответственно, даже медленные нейтроны могут беспрепятственно
приблизиться к ядру на расстояния, при которых начинают проявляться ядерные силы. После
открытия нейтрона физика микромира двинулась вперед семимильными шагами.
Вскоре после обнаружения нейтрона два физика-теоретика – немецкий Вернер Гейзенберг и
советский Дмитрий Иваненко – выдвинули гипотезу о том, что атомное ядро состоит из нейтронов
и протонов. На ней базируется современное представление о строении ядра.
Протоны и нейтроны объединяются словом нуклон. Протоны
– это элементарные частицы,
которые являются ядрами атомов легчайшего химического элемента – водорода. Число протонов в
ядре равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева и обозначается Z (число
нейтронов – N). Протон имеет положительный электрический заряд, по абсолютному значению
равный элементарному электрическому заряду. Он примерно в 1836 раз тяжелее электрона.
Протон состоит из двух и-кварков с зарядом Q = + 2/3 и одного d-кварка с Q = – 1/3 , связанных
глюонным полем. Он имеет конечные размеры порядка 10
-15
м, хотя его нельзя представить как
твердый шарик, он скорее напоминает облако с размытой границей, состоящее из рождающихся и
аннигилирующих виртуальных частиц.
Электрический заряд нейтрона равен 0, масса его – примерно 940 МэВ. Нейтрон состоит из
одного u-кварка и двух d-кварков. Эта частица устойчива только в составе стабильных атомных
ядер, свободный нейтрон распадается на электрон, протон и электронное антинейтрино. Период
полураспада нейтрона (время, за которое распадается половина первоначального количества
нейтронов) равен примерно 12 мин. В веществе в свободном виде нейтроны существуют еще
меньше времени вследствие сильного поглощения их ядрами. Как и протон, нейтрон участвует во
всех видах взаимодействий, в том числе в электромагнитном: при общей нейтральности
вследствие сложного внутреннего строения в нем существуют электрические токи.
В ядре нуклоны связаны силами особого рода – ядерными. Одна из характерных их
особенностей – короткодействие: на расстояниях порядка 10
-15
м и меньше они превышают любые
другие силы, вследствие чего нуклоны не разлетаются под действием электростатического
отталкивания одноименно заряженных протонов. При больших расстояниях ядерные силы очень
быстро уменьшаются до нуля.
Механизм действия ядерных сил основан на том же принципе, что и электромагнитных – на
обмене взаимодействующих объектов виртуальными частицами.
Виртуальные частицы в квантовой теории – это частицы, которые имеют такие же квантовые
числа (спин, электрический и барионный заряды и др.), как и соответствующие реальные частицы,
но для которых не выполняется обычная связь между энергией, импульсом и массой.
Кварки