Всем привет, народ! Сегодня продолжим разбирать квантовые числа и характеристики всяких частиц.
Вот вам видео и аудиоверсия подкаста, а остальных жду ниже!)
Цвет – это, на мой взгляд, главное число для кварков. Оно показывает заряд. Можно было бы так и сказать, но это же физики. На самом деле, всё довольно просто. Если с зарядом всё более-менее понятно, есть положительный заряд и отрицательный, то есть, всего два варианта, то у кварков варианта аж три. И для того, чтобы эту концепцию объяснить, и придумали цвета. Условились их называть красным, зеленым и синим. Как во всех экранах. Ну а для антикварков это будут антицвета. Адроны должны быть стабильными, помним, да? В этом представлении это значит – бесцветными. А как получить бесцветную частицу из цветных? Либо наложить все три цвета друг на друга и получить белый, либо сложить, грубо говоря, синий и антисиний, чтоб они аннигилировали. Вот такая идея с этими цветами.
Давайте потихоньку перейдём к другим числам. Вернее, к числу. Осталось одно собственно число. Изоспин. Вы же помните, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Так вот, с точки зрения сильного взаимодействия эти частицы идентичны, поэтому придумали аналогичную историю, как и со спином. Назвали даже похоже, чтоб не путаться. Изначально был изотопический, а где-то даже изобарический спин, но всё же пришло к сокращению. Итак, приняли соглашение, что протоны обладают изоспином равным одной второй, а у нейтронов он – минус одна вторая. Как стрелочки в разные стороны. Это даже не расчёты. Просто концепция, чтобы обхитрить запрет Паули и понимать, какие частицы могут эволюционировать во что-то большее, а какие – нет.
Ладно, погнали дальше.
Если все кварки имеют цветной заряд, то истинность, странность, очарование и прелестность имеют не все. Это даже не квантовые числа, а уже характеристики… отдельные категории частиц, как породы собак и кошек. Такие породы называют запахами, или ароматами. Вообще, известно шесть ароматов кварков: верхние, нижние, прелестные, истинные, очарованные и странные. Ещё есть три аромата лептонов. Вы их слышали раньше. Это электронный, мюонный и тау-лептонный. Но их мы пока не будем рассматривать. Давайте разберёмся с кварками.
Верхние и нижние кварки. Из них состоят нуклоны, которые собираются уже в атомы и дальше в молекулы. Эти кварки считаются кварками первого поколения. Самыми лёгкими и самыми распространёнными. Из двух верхних и одного нижнего кварка получается протон, а из двух нижних и одного верхнего – нейтрон. Собственно, изоспин верхнего кварка равен одной второй, а нижнего – минус одной второй, потому и у нуклонов такие значения. Просто сложить надо. Ничего сложного. Лептонное число, странность, прелестность, очарование и истинность у таких частиц равны нулю.
Странные кварки – это те, в которых изоспиновое число равно нулю. Название получил очень странно, как и положено. Изначально было слово sideways – боком. От изоспина. Если представить изоспин равный одной второй и минус одной второй как те самые стрелочки в разные стороны, то изоспин равный нулю – это стрелочка вбок куда-нибудь. Или на нас/от нас. Ну, короче, взяли первую букву и назвали эту частицу – s-кварк. И чтобы запомнить придумали слово странный. Strange. Короче, это мнемоническое название, как с цветами радуги. Странный кварк – довольно лёгкий и принадлежит второму поколению вещества, наряду с очарованными кварками.
Очарованный кварк открывает топ-3 самых тяжелых кварков. Он тяжелее странного кварка. Весит чуть больше протона. Называется С-кварком, от слова Charm-очарование. Помните выпуск про взаимодействия? За распад ядер и частиц отвечает слабое взаимодействие, которое переносится W+, W- и Z-0 бозонами. Так вот, С-кварк распадается, как правило, на странный кварк и W-бозон (кажется, знак выпадает случайно), который сам распадается на два фермиона.
Прелестный кварк – второй по тяжести. Весит примерно в пять раз больше нуклонов. Этот кварк открывает третье поколение кварков и живёт около одной миллиардной доли секунды, иначе говоря – плюс-минус одну пикосекунду. Вообще сейчас еще идут эксперименты и исследования на БАКе и информация скачет-туда сюда. Окончательные вердикты пока рано выносить, так что ждём)
Остался истинный кварк. Это интересная штуковина. Самая тяжелая элементарная частица. Он настолько тяжелый, что весит почти как ядро атома рения. Вдумайтесь. Кварки – это элементарные частицы, из которых состоят протоны и нейтроны. Сколько их там в ядре этого рения? От ста шестидесяти и до...до…
А истинный кварк один весит как вся эта конструкция. Но и живет меньше на порядок, чем минимальное время сильного взаимодействия. То есть настолько быстро умирает, что даже не успевает стать частью адрона. Если кому-то интересно, время жизни истинного кварка считают равным 5*10^-25 секунд. А раз он не успевает адронизироваться и остаётся голым кварком, то и имя ему дали соответствующее. Распадается по-разному, но чаще всего на прелестный кварк и W-бозон. Формально виртуальные истинные кварки есть во всех адронах, но как их там заметить-хрен знает…
В общем, мы понюхали все ароматы кварков, так что погнали дальше.
Я помню, что говорил, что изоспин был последним квантовым числом, но…
Так что всё-таки расскажу ещё про слабый изоспин и ароматовые числа.
Слабый изоспин – это то же самое, что обычный изоспин, только для слабого взаимодействия, то есть, для взаимодействия при распаде частиц. Формально, кварки можно поделить на d-тип и u-тип. По названию частиц первого поколения – верхнего и нижнего кварков. Итак, u-тип это верхний кварк, очарованный и истинный, а d-тип – это нижний, странный и прелестный кварки. U-тип при распаде всегда порождает d-тип, а ещё кварк при распаде никогда не превращается в кварк того же типа. Как я уже говорил, пока в этой области идут исследования и информация периодически меняется и обновляется, так что я предпочту подождать, пока всё устаканится. Пока считается, что сильные взаимодействия меняют цвет кварка, но не меняют аромат, а слабые взаимодействия – меняют именно аромат, не затрагивая цвет. Как-то так.
Ну и кроме всего вот этого вот, учёные отдельно выделили свои числа для каждого аромата. По соглашению, знаки ароматовых чисел совпадают со знаком электрического заряда, а модули этих чисел равны разнице между ароматовой частицей и, наверное, антиароматовой частицей, или ароматовой античастицей. То есть, странность – это разница между странным кварком и странным антикварком, истинность – разница между истинным кварком и истинным антикварком и так далее.
И напоследок. Ряд учёных работают над описанием преонов. Это пока только гипотетические частицы, из которых состоят лептоны и кварки. То есть, ребята опять хотят разобрать кирпичики мироздания на составные части. Зачем им это? Ну, есть ряд вопросов, которые могли бы решиться именно с помощью преонов. Там и симметрия между кварками и лептонами и вопросы к количествам поколений того и другого и так далее. В общем, это можно загуглить уже. А я пошел готовить следующий выпуск. Он будет про всякую х***ню, так что ждите)
С вами был Роман Юдаев.
Услышимся в следующем выпуске.