Кварки и их характеристики. Кварковая структура мезонов и барионов

Если внимательно посмотреть на рис2.1., то можно увидеть, что декуплеты и октеты могут быть составлены из 3 частиц образующих треугольник (триплет). Гипотеза о том, что адроны построены из субчастиц, которые назвали кварками, впервые была выдвинута Гелл-Манном и независимо Цвейгом в 1964 г. Первоначально кварковая модель содержала три кварка и объясняла существование адронных супермультиплетов. Идея кварков подсказана унитарной симметрией. Самое простое представление группы SU (3) триплет. Название «кварк» якобы взято Гелл-Маном из фразы «Три кварка для мистера Кларка!» романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану».

Кварки – бесструктурные частицы со спином ½ являющие составными элементами всех адронов. Обычные барионы состоят из трех кварков, а обычные мезоны из кварка и антикварка. Известны шесть сортов (ароматов) кварков: u, d, s, c, b, t. Общее обозначение , где i = 1,2,3, 4, 5, 6; α = 1, 2, 3. Каждый сорт кварков существует в трех состояниях определяемых цветом. Все кварки цветные.

Цвет α -квантовое число характеризующее кварки и глюоны. Кварки одноцветные, глюоны двухцветные. Цвет обеспечивает соблюдение принципа Паули для фермионов: в одном квантовом состоянии может находиться только один кварк.

Характеристики кварков:

Все кварки имеют барионное число дробное В = 1/3. Электрический заряд Q у них то же дробный: кварки u, c, t имеют положительный заряд Q = +2/3 e; кварки d, s, b, имеют отрицательный заряд Q = -1/3 e^-, где е^- = -1,6 10 ^-31 Кл – заряд электрона.

Сорт кварка характеризуется значением внутренних квантовых чисел входящих в состав электрического заряда Q: третья проекция изотопического спина T₃, странность S, очарование C, красота b, истинность t. Эти зарядовые квантовые числа определяют «аромат» кварка.

Электрический заряд кварка определяется формулой Гелл-Манна – Нишиджимы

Y = B + S + C – b + t. (2.4)

Y - гиперзаряд (гиперонный заряд) удвоенный средний электрический заряд данного изомультиплета. Цвет обеспечивает необходимую антисимметрию волновых функций адронов, построенных из одинаковых кварков. Кварки подчиняются квантовой статистике Ферми и принципу Паули. Каждый кварк имеет свою античастицу. Полные характеристики кварков приведены в табл.2.4.