s-кварк

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

s-кварк (странный кварк) (s)
Состав фундаментальная частица
Семья Фермион
Группа Кварк
Поколение Второе
Участвует во взаимодействиях сильное,
слабое,
электромагнитное,
гравитационное
Кол-во типов 3
Масса 95 ± 25 МэВ/c2
Теоретически обоснована Гелл-Манн, Цвейг (1964)
Обнаружена 1947
Квантовые числа
Электрический заряд −1/3 e
Цветной заряд r, g, b
Спин ½ ħ
Кол-во спиновых состояний 2

Странный кварк или s-кварк (происходит от его обозначения s (англ. strange)) — третий по массе из всех лёгких кварков, тип элементарных частиц. Странные кварки обнаружены в субатомных частицах, называемых адронами. Примеры адронов, содержащих странные кварки, поэтому называемые странными частицами, включают каоны (K), странные D-мезоны (D
s
), сигма-барионы (Σ) и другие.

Согласно IUPAP, символ s — это официальное обозначение для кварка, тогда как термин «странный» следует рассматривать только как мнемоническое обозначение.[1] Название соответствующее английскому слову sideways (боком) также использовалось, потому что для s-кварка значение I 3 равное 0, в то время как u- («верхний») и d- («нижний») кварков изотопический спин принимает значения +12 и −12, соответственно.[2]

Он наряду с очарованным кварком является частью вещества второго поколения. Он обладает электрическим зарядом13 e и голой массой 95+9
−3
} МэВ/c2.[1] Как и все кварки, странный кварк представляет собой фундаментальный фермион со спином ½, и принимает участие во всех четырёх фундаментальных взаимодействиях: гравитационном, электромагнетном, слабом взаимодействии и сильном взаимодействии. Античастица странного кварка — это странный антикварк (иногда называемый антистрановым кварком, который отличается от него только тем, что некоторые из его свойств имеют туже величину, но противоположный знак.

Хотя первая странная частица была открыта в 1947 году (каон), но существование самого странного кварка (а также верхних и нижних кварков) было постулировано только в 1964 году Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом, для объяснения схемы классификации адронов восьмеричного пути. Первое свидетельство существования кварков было получено в 1968 году в экспериментах по глубоконеупругому рассеянию в Стэнфордском центре линейных ускорителей. Эти эксперименты подтвердили существование верхних и нижних кварков и, в более широком смысле, странных кварков, поскольку их наличие было необходимо для объяснения теории восьмеричного пути.

История[править | править код]

На заре физики элементарных частиц (первая половина 20 века) адроны, такие как протоны, нейтроны и пионы, считались элементарными частицами. Однако позже были открыты новые адроны, и «зоопарк частиц» увеличился с нескольких частиц в начале 1930-х и 1940-х годов до нескольких десятков в 1950-х годах. Оказалось, что некоторые частицы живут намного дольше, чем другие; большинство частиц распалось в результате сильного взаимодействия и имели времена жизни около 10−23 секунды. Когда они распадались из-за слабых взаимодействий, их время жизни составляло около 10−10 секунд. Изучая эти распады, Мюррей Гелл-Манн (в 1953 г.)[3][4] и Кадзухико Нисидзима (в 1955 г.)[5] разработали концепцию странности (которую Нисидзима назвал эта-зарядом в честь эта-мезона (ηη)) для объяснения «странности» долгоживущих частиц. Формула Гелл-Манна — Нисиджима — результат этих усилий напрвленных на объяснение странных распадов.

Несмотря на их работу, отношения между каждой частицей и физическими основаниями странности оставались неясными. В 1961 году Гелл-Манн[6] и Ювал Нееман[7] независимо друг от друга предложили схему классификации адронов, названную восьмеричным путем, также известную как симметрия ароматов SU(3), которая упорядочила адроны в изоспиновые мультиплеты. Физическая основа, лежащая в основе изоспина и странности, была объяснена только в 1964 году, когда Гелл-Манн[8] и Джордж Цвейг[9][10] независимо друг от друга предложили кварковую модель, которая в то время состояла только из верхнего, нижнего и странного кварков.[11] Верхние и нижние кварки были переносчиками изоспина, в то время как странный кварк — переносчик странности. Хотя кварковая модель объясняла восьмеричный путь, никаких прямых доказательств существования кварков до экспериментов 1968 года в Стэнфордском центре линейных ускорителей не было найдено.[12][13] Эксперименты по глубокому неупругому рассеянию показали, что протоны имеют субструктуру, и что протоны, состоящие из трех более фундаментальных частиц, согласуются с данными (тем самым подтверждая кварковую модель).[14]

Сначала учёные не хотели идентифицировать три субчастицы как кварки, вместо этого предпочитая партонное описание Ричарда Фейнмана[15][16][17] но со временем теория кварков стала общепринятой (см. Ноябрьская революция).[18]

Адроны, содержащие s-кварк[править | править код]

Некоторые адроны содержат s-кварк, в том числе:

В составе всех адронов (в том числе и не содержащих валентных s-кварков) есть примесь виртуальных (морских) пар, состоящих из странного кварка и антикварка.

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 M. Tanabashi et al. (Particle Data Group) (2018). “Review of Particle Physics”. Physical Review D. 98 (3): 1—708. Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. DOI:10.1103/PhysRevD.98.030001. PMID 10020536.
  2. McGervey, John D. Introduction to Modern Physics. — second. — New York : Academic Press, 1983. — P. 658. — ISBN 978-0-12-483560-3.
  3. M. Gell-Mann (1953). “Isotopic Spin and New Unstable Particles” (PDF). Physical Review. 92 (3): 833. Bibcode:1953PhRv...92..833G. DOI:10.1103/PhysRev.92.833.
  4. G. Johnson. Strange Beauty: Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics. — Random House, 2000. — P. 119. — «By the end of the summer ... [Gell-Mann] completed his first paper, "Isotopic Spin and Curious Particles" and send it of to Physical Review. The editors hated the title, so he amended it to "Strange Particles". They wouldn't go for that either—never mind that almost everybody used the term—suggesting insteand "Isotopic Spin and New Unstable Particles".». — ISBN 978-0-679-43764-2.
  5. K. Nishijima, Kazuhiko (1955). “Charge Independence Theory of V Particles”. Progress of Theoretical Physics. 13 (3). Bibcode:1955PThPh..13..285N. DOI:10.1143/PTP.13.285.
  6. M. Gell-Mann. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry // The Eightfold Way / M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. — Westview Press, 2000. — P. 11. — ISBN 978-0-7382-0299-0.
    Original: M. Gell-Mann (1961). “The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry”. Synchrotron Laboratory Report CTSL-20. California Institute of Technology.
  7. Y. Ne'eman. Derivation of strong interactions from gauge invariance // The Eightfold Way / M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. — Westview Press, 2000. — ISBN 978-0-7382-0299-0.
    Original Y. Ne'eman (1961). “Derivation of strong interactions from gauge invariance”. Nuclear Physics. 26 (2): 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. DOI:10.1016/0029-5582(61)90134-1.
  8. M. Gell-Mann (1964). “A Schematic Model of Baryons and Mesons”. Physics Letters. 8 (3): 214—215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. DOI:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  9. G. Zweig (1964). “An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking”. CERN Report No.8181/Th 8419.
  10. G. Zweig (1964). “An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II”. CERN Report No.8419/Th 8412.
  11. B. Carithers, P. Grannis (1995). “Discovery of the Top Quark” (PDF). Beam Line. 25 (3): 4—16. Дата обращения 2008-09-23.
  12. Bloom, E. D. (1969). “High-Energy Inelastic ep Scattering at 6° and 10°”. Physical Review Letters. 23 (16): 930—934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. DOI:10.1103/PhysRevLett.23.930.
  13. M. Breidenbach (1969). “Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering”. Physical Review Letters. 23 (16): 935—939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. DOI:10.1103/PhysRevLett.23.935.
  14. J. I. Friedman. The Road to the Nobel Prize. Hue University. Дата обращения: 29 сентября 2008. Архивировано 25 декабря 2008 года.
  15. R. P. Feynman (1969). “Very High-Energy Collisions of Hadrons” (PDF). Physical Review Letters. 23 (24): 1415—1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. DOI:10.1103/PhysRevLett.23.1415.
  16. S. Kretzer (2004). “CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects”. Physical Review D. 69 (11). arXiv:hep-th/0307022. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. DOI:10.1103/PhysRevD.69.114005.
  17. D. J. Griffiths. Introduction to Elementary Particles. — John Wiley & Sons, 1987. — P. 42. — ISBN 978-0-471-60386-3.
  18. M. E. Peskin, D. V. Schroeder. An introduction to quantum field theory. — Addison–Wesley, 1995. — P. 556. — ISBN 978-0-201-50397-5.

Литература[править | править код]