Model Quark

Modelul cuarcilor -  în fizica particulelor elementare, schema de clasificare a hadronilor din punctul de vedere al cuarcilor lor de valență  - cuarcuri și antiquarci , generând numerele cuantice ale hadronilor.

Descriere

Conform acestui model, toate particulele care interacționează puternic ( mezoni , barioni , particule rezonante ) constau din „subparticule” speciale cu sarcini electrice fracționate - trei tipuri de quarci , precum și antiparticulele corespunzătoare ( antiquarci ).

Modelul de quarci descrie hadronii cunoscuți ca fiind alcătuiți din quarci liberi (de valență) și/sau antiquarci strâns legați de forța puternică purtată de gluoni . Fiecare hadron conține, de asemenea, o „mare” de perechi virtuale quarc-antiquarc.

Modelul de cuarci a prezis că în timpul anihilării unui electron și a unui pozitron de înaltă energie , nu se vor naște hadronii înșiși, ci primele perechi quarc-antiquarc, care apoi se transformă în hadroni. Rezultatul calculării cursului unui astfel de proces depindea direct de sarcina quarcilor produși. Experimentul a confirmat pe deplin aceste predicții [1] .

R. Peierls referă modelul cuarc al particulelor elementare după apariția lui la modele fenomenologice, al doilea tip de modele matematice [2] . După aceea, modelul cuarcului a trecut treptat în categoria ipotezelor.

Modelul cuarcilor din punctul de vedere al interacțiunii cuarcilor între ei cu ajutorul gluonilor explică bine împărțirea maselor între membrii decupletului [3] .

Modelul cuarcilor explică bine împărțirea maselor între [4] .

Modelul de cuarci prezice pentru raportul dintre momentele magnetice ale protonului și neutronului o valoare care este în acord cu valoarea experimentală de -1,47. Pentru raportul dintre momentele magnetice ale unui hiperon și ale unui proton, teoria quarcilor prezice valoarea , care este, de asemenea, în bună concordanță cu valoarea experimentală −0,29 ± 0,05 [5] .

Din punct de vedere istoric , numărul barionului a fost determinat cu mult înainte ca modelul de quarci de astăzi să fie stabilit.

Din modelul cuarcului este clar că kaonii formează două dublete isospin ; adică aparțin reprezentării fundamentale a grupului SU(2) , numită 2 . Un dublet cu ciudățenie +1 și isospin +1/2 conține K + și K 0 . Antiparticulele formează un al doilea dublet cu ciudățenie -1 și isospin -1/2.

Pentru a descrie proprietățile interne ale hadronilor, sunt necesare abordări neperturbative. Printre acestea se numără diverse modele de quarci locale și non-locale bazate atât pe cromodinamica cuantică, cât și pe fenomenologie. Acest model, un model de tip Nambu-Jona-Lasinio (gluonii sunt excluși în el), a fost dezvoltat și a făcut posibilă descrierea proprietăților mezonilor scalari, pseudoscalari și vectoriali, inclusiv stările lor fundamentale, precum și primele excitații radiale. Pe baza acesteia, au fost prezise masele mezonilor scalari, masele primelor excitații radiale ale mezonilor pseudoscalari și vectori. [6]

Evgeny Levin și Leonid Frankfurt au dezvoltat ideea [7] a modelului de quarc constituent pentru hadroni . Acest model a fost confirmat cu succes experimental.

După descoperirea experimentală a scalei Bjorken , confirmarea modelului de quarci și libertatea asimptotică în cromodinamica cuantică , partonii au fost identificați cu quarcii și gluonii care formează hadronii.

Modelele non - quark ale mesonilor includ mezoni exotici , care au un set de numere cuantice imposibile în cadrul modelului cuarc. De obicei, fiecare mezon din modelul de quarc apare ca un nonet aromatic SU(3)  - un octet și un singlet aromatic. Se pare că globul de lipici este o particulă suplimentară în afara nonetului. În ciuda simplității aparente a calculului, definiția oricărei stări rezultate ca bile de lipici, tetraquark sau mezon hibrid rămâne neclară și speculativă chiar și astăzi. Chiar și atunci când există acord că una dintre mai multe stări este unul dintre acești mezoni în afara modelului cuarcului, gradul de amestecare și clasificarea precisă sunt supuse incertitudinilor. Se fac, de asemenea, lucrări experimentale considerabile pentru a determina numerele cuantice ale fiecărei stări și pentru a verifica acuratețea rezultatelor. Ca urmare, toate definițiile din afara modelului cuarcului sunt incerte și speculative. Situaţia de la sfârşitul anului 2004 este discutată mai detaliat mai jos .

Candidat pentru clasificarea ca bile de lipici

f 0 (1370) și f 0 (1500) nu pot fi mezoni în cadrul modelului cuarc, deoarece unul dintre ei este o particulă suplimentară la nonet-ul mezon. Crearea unei stări cu o masă mai mare în reacțiile cu 2 fotoni , cum ar fi reacțiile 2γ → 2π sau 2γ → 2K , nu este observată. Degradările oferă, de asemenea, unele motive să credem că una dintre ele este o minge de lipici.

Istorie

Shoichi Sakata a propus modelul Sakata , care precede modelul cuarcului.

Modelul cuarcului a fost propus independent de către fizicienii M. Gell-Mann [8] și J. Zweig [9] [10] (vezi și [11] ) în 1964. Includerea existenței cuarcilor d a fost prezisă pentru prima dată în 1964  , când Gell-Mann și Zweig au dezvoltat modelul cuarcurilor.

În modelul cuarcilor, particula Δ ++ (1232) este compusă din trei cuarci u cu spini orientați în aceeași direcție, iar momentul unghiular orbital al mișcării lor relative este zero. În acest caz, toți cei trei quarci trebuie să fie în aceeași stare cuantică și, deoarece quarcul este un fermion , o astfel de combinație este interzisă de principiul excluderii Pauli [12] . În 1965, N. N. Bogolyubov , B. V. Struminsky și A. N. Tavkhelidze [13] , precum și Han Mo Young , împreună cu Yoichiro Nambu [14] și O. Grinberg ) au rezolvat independent această problemă unul de celălalt presupunând că quarcul are grade suplimentare de libertate ale grupului de gabarit SU(3) , numit mai târziu „încărcări de culoare”. Necesitatea atribuirii unui număr suplimentar quarcilor a fost subliniată de BV Struminsky într-o preprint din 7 ianuarie 1965 [15] [16] . Rezultatele lucrării lui N. N. Bogolyubov, B. Struminsky și A. N. Tavkhelidze au fost prezentate în mai 1965 la o conferință internațională de fizică teoretică la Trieste [17] . Yoichiro Nambu și-a prezentat rezultatele în toamna anului 1965 la o conferință în SUA [18] [19] . Khan și Nambu au observat că quarcul interacționează printr-un octet de bosoni vector gauge , numiți gluoni .  

Quarcii au fost în curând recunoscuți ca obiectele elementare fundamentale care alcătuiesc hadronii. Teoria modernă a interacțiunii cu quarci se numește cromodinamică cuantică (QCD) și se bazează pe munca lui M. Gell-Man. Modelul de quarc face parte din QCD și sa dovedit a fi suficient de puternic pentru a supraviețui descoperirii aromelor de quarc .

Termenul de aromă a apărut pentru prima dată în modelul cuarc al hadronilor în 1970.

Modelul cuarcului a fost recunoscut de comunitatea de fizică în 1976 [20] .

Model cu trei cuarci

Model de cuarc standard (numit și model de cuarc naiv și model de cuarc Gell-Mann-Zweig [21] ): Acest model presupune că un barion este format din trei așa-numiți cuarci de valență și o „mare” de perechi virtuale de cuarc-antiquarc și gluoni virtuali. . Pentaquarkurile nu sunt luate în considerare. Hadronii care nu se încadrează în cadrul acestui model se numesc exotice [22] .

State din afara modelului cuarcului

Chiar dacă modelul cuarcilor este derivat din teoria cromodinamicii cuantice , structura hadronilor este mai complexă decât permite acest model. Mecanica cuantică completă a funcției de undă a oricărui hadron trebuie să includă perechi virtuale de quarci, precum și gluoni virtuali și permite multe amestecuri. Pot exista hadroni care se află în afara modelului cuarcului. Printre acestea se numără gluniile (care conțin numai gluoni de valență ), „hibrizi” (care conțin cuarci de valență, precum și gluoni) și „ hadronii exotici ” (cum ar fi tetraquarcii sau pentaquarcii ).

Note

  1. ↑ Introducere în quarci și partoni, 1982 , p. 246.
  2. ↑ Peierls R. Model-Making in Physics. — Contemp. Phys., ianuarie/februarie 1980, v. 21, pp. 3-17; Traducere: R. Peierls , Construcția modelelor fizice, UFN, 1983, nr. 6.
  3. ↑ Introducere în quarci și partoni, 1982 , p. 369.
  4. ↑ Introducere în quarci și partoni, 1982 , p. 379.
  5. ↑ Teoria quarcilor, 1971 , p. 116.
  6. ↑ Hadroni, mezoni fermecați și căutarea plasmei de quarc-gluoni . old.elementy.ru _ Preluat: 27 decembrie 2017.
  7. ^ „Ipoteza Quark și relațiile dintre secțiuni transversale la energii mari”. . stanford.edu . Preluat: 27 decembrie 2017.  (link indisponibil)
  8. ↑ M. Gell-Mann. Un model schematic de barioni și mezoni   // Litere de fizică  : jurnal. - 1964. - Vol. 8 , nr. 3 . - P. 214-215 . - doi : 10.1016/S0031-9163(64)92001-3 . - .
  9. ↑ G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking //  Raport CERN Nr.8182/TH.401 : jurnal. — 1964.  
  10. ↑ G. Zweig. An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II //  Raport CERN Nr.8419/TH.412 : jurnal. — 1964.  
  11. ↑ Petermann, A. Propriétés de l'étrangeté et une formule de masse pour les mésons vectoriels  (franceză)  // Nuclear Physics : magazine. - 1965. - Vol. 63 , nr 2 . _ — P. 349 . - doi : 10.1016/0029-5582(65)90348-2 . — Cod . care a atins cu prudență ideile centrale, fără fundamentare cantitativă; [1] Arhivat pe 16 octombrie 2017 la Wayback Machine
  12. ↑ Modelul cuarc al hadronilor . nuclphys.sinp.msu.ru . Preluat la 27 decembrie 2017. Arhivat din original la 2 februarie 2020.
  13. ↑ N. Bogolubov, B. Struminsky, A. Tavkhelidze. JINR Preprint D-1968, Dubna 1965.
  14. ↑ MY Han și Y. Nambu, Phys. Rev. 139, B1006 (1965).
  15. ↑ B. V. Struminsky , Momentele magnetice ale barionilor în modelul cuarcului. JINR-Preprint P-1939, 1965.
  16. ↑ F. Tkachov, O contribuție la istoria quarcurilor: publicația JINR din 1965 a lui Boris Struminsky Arhivată la 6 octombrie 2016 la Wayback Machine
  17. ↑ A. Tavkhelidze. Proc. Seminar despre fizica energiilor înalte și particule elementare, Trieste, 1965, Viena AIEA, 1965, p. 763.
  18. ↑ Cu privire la problema descoperirii numărului cuantic „COLOR” Copie de arhivă din 4 martie 2016 pe Wayback Machine de pe site-ul INR RAS.
  19. ↑ INR RAS - pagina academicianului A.N. Tavkhelidze . www.inr.ru _ Consultat la 27 decembrie 2017. Arhivat din original la 29 noiembrie 2017.
  20. ↑ Quarci - jumătate de secol . old.elementy.ru _ Consultat la 27 decembrie 2017. Arhivat din original la 30 noiembrie 2018.
  21. ↑ Pentaquarks . old.elementy.ru _ Preluat: 27 decembrie 2017.
  22. ↑ Clasificarea hadronilor . old.elementy.ru _ Consultat la 27 decembrie 2017. Arhivat din original la 29 noiembrie 2018.

Literatură

Link -uri