Теория кварков



Теория кварков была разработана для того, чтобы описывать взаимодействие частиц. Важно отметить, что в свободном состоянии кварк в природе не встретить, так как кварк, строго говоря, сам по себе не является частицей. Это способ конфигурации электромагнитной волны в частице, а частица обычно включает в себя далеко не одну такую волну. Заряд кварка равен одной трети заряда электрона, а его масштаб составляет 0,5*10^-19 (10 в минус девятнадцатой степени), это меньше размера протона примерно в 20 тыс. раз. Адроны (к которым относится протон и нейтрон) тоже состоят из кварков.


На настоящее время различают шести типов кварков, как правило, говорят, «ароматов». Помимо этого, кварк также имеет еще одну характеристику, важную для различения типа, это цвет. Очевидно, что это абстрактное деление, настоящий кварк, конечно же, не имеет ни цвета, на аромата. Но для калибрования кварков эта теория очень удобна. Каждому типу кварка соответствует антикварк – то есть, «частица», квантовые числа которой противоположны. Квантовые числа служат для описания свойств кварка.

История о том, как кварки получили свое название, достаточно забавна. Гелл-Манн, ученый, который впервые предположил, что адроны состоят из особенных частиц, позаимствовал это словечко из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», в котором присутствуют слова: «Три кварка для мистера Марка!».

Теорию кварков в физике вообще можно назвать одной из самых поэтичных. Тут и история названия, и характеристики цвета и аромата, и сами типы кварков: истинный, прелестный, очарованный, странный… Каждый тип кварка характеризуется зарядом и массой.

Роль кварков в физике



На основе кварков происходят сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия. При сильных взаимодействиях может меняться цвет кварка, но не аромат. Слабые взаимодействия меняют аромат, но не цвет.

При сильном взаимодействии один отдельно взятый кварк не может удалиться от остальных кварков на сколько-нибудь заметное расстояние, именно поэтому в свободном виде их наблюдать невозможно. Это явление называется конфайнмент. Но адроны – «бесцветные» комбинации кварков – уже могут разлетаться друг от друга.

Реальны ли кварки?



Так как из-за конфайнмента увидеть отдельные кварки невозможно, то нередко неспециалисты спрашивают: «Реальны ли вообще кварки, если мы не можем их наблюдать? Не математическая ли это абстракция?»

Причин реальности теории кварков несколько:

- Все адроны, несмотря на их многочисленность, обладают очень небольшим числом степеней свободы. Первоначально теория кварков описывала именно эти свободные параметры.
- Кварковая модель появилась раньше, чем стали известны многие адронные частицы, но все они в нее отлично вписывались.
- Кварковая модель предполагала некоторые последствия, которые затем были подтверждены экспериментально. Например, в адронных коллайдерах стало возможно «выбивать» кварки из протонов при высокоэнергетических столкновениях, и результаты этих процессов наблюдались в виде струй. Если бы протон был неделимой частицей, никаких струй бы не могло существовать.

Разумеется, несмотря на экспериментальные подтверждения, модель кварков еще оставляет физикам немало вопросов.