Взаимодействия ЭЧ

Благодаря наличию взаимодействий, ЭЧ определенных типов могут объединяться в структуры. Первым типом таких структур являются барионы, каждый из которых состоит из трех кварков. Примерами могут служить протон и нейтрон, составы которых задаются формулами:

p = duu и n = ddu

Взаимодействия, объединяющие кварки в барионы, относятся к особому типу фундаментальных взаимодействий, называемых цветовыми. Предполагается, что существуют особые — цветовые — заряды, которые и обусловливают появление цветовых сил между цветными частицами — кварками, подобно тому, как электрические заряды обусловливают появление кулоновских и магнитных взаимодействий между электрически заряженными частицами.

Между электрическими и цветовыми зарядами есть одно принципиальное различие: первые бывают двух типов: (+) и (–), а вторые — трех типов: «красный», «синий» и «желтый». В состав любого бариона обязательно входят три кварка с различными "цветами". В результате такого смешения цветов издалека барион выглядит как "бесцветный" объект, подобно тому, как атом водорода, состоящий из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона, издалека выглядит электрически нейтральным. (Для бариона "издалека" означает "на расстоянии около 10^–15 м".)

Еще одной важной особенностью цветовых взаимодействий является то, что силы притяжения или отталкивания между кваркaми увеличиваются с увеличением расстояния между ними, в противоположность электрическим силам, уменьшающимся при увеличении расстояния. Это приводит к тому, что разделение частиц, имеющих цветовые заряды, на большие расстояния требует затраты бесконечной энергии и, следовательно, недостижимо на практике: "цветные" частицы не могут существовать как отдельные объекты и поэтому не могут быть обнаружены в эксперименте. В этой связи, была выдвинута специальная струннаямодель, согласно которой движение кварков внутри бариона напоминает движение массивных шаров, связанных струнами. На близких расстояниях струны не натянуты и шары могут двигаться независимо друг от друга, однако при увеличении расстояний струна натягиваются и начинают ограничивать взаимную свободу шаров, так, что расстояние между ними не может стать больше некоторого предельного значения.

Если в состав бариона входят тяжелые кварки из пар " s — c " и " b — t ", они будут самопроизвольно распадаться с образованием более легких. В результате наблюдаются последовательные превращения барионов, направленные к устойчивым протону и нейтрону, которые состоят из самых легких и поэтому стабильных кварков d и u.

В таких процессах распада строго выполняются определенные правила, которые можно сформулировать в виде законов сохранения:

· электрического заряда,

· спина

и т.д.

Тот факт, что число кварков в процессах распада всегда сохраняется дает основание сформулировать особый закон сохранения барионного заряда. (Каждому бариону приписывается число В = ±1, называемое барионным зарядом.) Аналогично для процессов распада лептонов выполняется закон сохранения лептонного заряда. (Каждому лептону приписывается число L = ±1, называемое лептонным зарядом.)