КВАРКИ

Гипотетич. материальные объекты, из к-рых, по совр. представлениям, состоят все адроны. Гипотеза о К. была высказана в 1964 М. Гелл-Маном и Г. Цвейгом (США) для объяснения закономерностей в спектроскопии и св-вах адронов. Она возникла в связи с обнаружением большого числа резонансов и их успешной систематизацией. Согласно кварковой гипотезе, барионы состоят из трёх К. (антибарионы — из трёх антикварков), мезоны — из К. и антикварка. Все известные в то время адроны можно было построить из К. трёх типов: u, d и s, обладающих спином 1/2, барионным зарядом 1/3 и электрич. зарядами соотв. 2/3, -1/3 и -1/3 элем. заряда е. В состав странных частиц входит s-K.— носитель странности. В дальнейшем оказалось необходимым расширение семейства К. Были введены «очарованный» с-К. и «красивый» b-K. и предсказано существование новых семейств адронов, часть из к-рых уже обнаружена (см. МЕЗОНЫ СО СКРЫТЫМ ОЧАРОВАНИЕМ, ОЧАРОВАННЫЕ,ИПСИЛОН-ЧАСТИЦЫ). Возможно существование и др. типов К., в частности t-K.

Нек-рые барионы (напр., D++ , W) оказываются состоящими из трёх одинаковых К. в одном и том же состоянии, что запрещено принципом Паули. Поэтому каждому типу («аромату») К. была приписана дополнит. внутр. хар-ка — квант. число «цвет», к-рое может принимать три значения. При этом барионам соответствует «бесцветная» (т. е. антисимметричная по «цветам») комбинация трёх К., а мезонам — «бесцветная» сумма комбинаций К. и антикварка одинаковых «цветовых» индексов.

Гипотеза кварковой структуры адронов оказалась в дальнейшем необходимой для понимания динамики разл. процессов с участием адронов (глубоко неупругого рассеяния лептонов, образования адронных струй в е+е--аннигиляции и в адрон-адронных процессах с большой передачей импульса и др.). Так, глубоко неупругое рассеяние лептонов на адронах, согласно совр. представлениям, идёт с выбиванием К. лептоном и превращением его и адронного остатка в струи адронов. Измерения хар-к таких струй (угл. распределения, ср. электрич. и ср. барионного зарядов в др.) даёт возможность судить о средних (по «цветам») значениях квант. чисел К.— спине, электрич. и барионном зарядах и др.

Существуют более сложные варианты кварковых теорий с целочисл. зарядами К., к-рые пока трудно экспериментально отличить от теорий с дробными зарядами.

Хотя гипотеза К. необходима для объяснения систематики и динамики адронов, К. в свободном состоянии не были обнаружены (несмотря на многочисл. их поиски на ускорителях высоких энергий, в косм. лучах и окружающей среде). Это даёт основание считать, что здесь физики встретились с принципиально новым явлением природы — т. н. удержанием К. (точнее, удержанием «цвета»).

В квантовополевой теории К.— квантовой хромодинамике, к-рая строится на основе локальной «цветовой» калибровочной симметрии, вз-ствие К. осуществляется посредством обмена «цветными» глюонами — безмассовыми ч-цами со спином 1. Характерной особенностью этой теории явл. убывание «цветового» эффективного заряда К. и глюонов с уменьшением расстояния, благодаря чему на малых расстояниях К. ведут себя как квазисвободные частицы. Считается, что рост «цветового» заряда с увеличением расстояния между К. приводит к рождению из вакуума пар К.-антикварк, к-рые «обесцвечивают» разделяемые К., превращая их в «бесцветные» адроны. Однако эту картину удержания «цвета» нельзя считать доказанной.