Согласно кварковой гипотезе адроны являются составными частицами.

Мезон состоит из кварка и антикварка (),

Барион состоит из трех кварков ( qqq).

Отметим, что ни мезоны, ни барионы не имеют цветового индекса, и являются «белыми» или «бесцветными» частицами.

Рис.2.1. Представлен октет барионов с спином I =1/2 и четность Р = +1 в координатах (гиперзаряд Y, и третья проекция изоспина Т₃): нейтрон, протон, три сигма- гиперона, два кси-гиперона. Ламбда-ноль- гиперон (синглет) и сигма –ноль-гиперон в центре.Числа –массы частиц в Мэв. Буквы в скобках –кварковый состав частицы. Пример: нейтрон n состоит из трех кварков (udd) и имеет массу 939,6 Мэв.

Кварковая модель протона

Три валентных кварка (u, u, d) движутся свободно внутри протона. Они окружены «морем» кварк-антикварковых пар. Эти морские кварки рождаются глюонами. Глюоны испускают валентные кварки, обмениваясь между собой цветовыми зарядами. Таким образом, глюоны, удерживают кварки внутри протона, не допускают их вылетания. Валентные кварки несут~35%, морские кварки , глюоны~55% полного импульса протона. При этом каждый валентный кварк окружен облаком глюонов и морских кварк –антикварковых пар из-за эффекта поляризации вакуума. Масса облаченного кварка соответствует массе кварка в статическом пределе. Такой кварк называется «блоковый» или конституциентным. При увеличении расстояния между кварками их заряд увеличивается из-за антиэкранировки, и сила притяжения между ними возрастает, как струна, до бесконечности. При увеличении расстояния больше 1 Ферми = 10 ^–13 см струна рвется. Немедленно в точке разрыва возникает новая кварк-антикварковая пара, замыкающая разошедшиеся пары кварков.

Экспериментальное подтверждение кварковой модели адронов. Эксперименты в области высоких энергий

1.Глубоконеупругое рассеяние электронов на протонах при больших импульсах электронов привело к упругому рассеянию электрона на большие углы из-за столкновения электрона со свободным кварком внутри протона. В сущности, это старая идея опыта Резерфорда по рассеянию альфа-частиц на ядре атома. Опыты проводились в 1966-1969 гг на Стэндфордском линейном двухмильном ускорителе электронов с энергией 21 Мэв, мишень жидководородная.

2.Эксперименты по рассеянию нейтрино на нуклонах в 1973-1975 гг установили, что средняя величина квадрата электрического заряда частиц внутри протона близка к величине < Q ²> = 1/2 [(2/3 e)² + (1/3 e)²].

3.Столкновение пучков электронов и позитронов очень высокой энергии в ускорителях на встречных пучках исключительно чистый метод получения кварков. При лобовом столкновении е^- и е⁺при энергиях пары Гэв в реакции аннигиляции рождаются γ-кванты, которые распадаются на кварк и антикварк, которые разлетаются строго в противоположных направлениях порождая каждый свою струю адронов.

две адронные струи

Феймановская диаграмма аннигиляции электрон-позитронной пары (е^-,е⁺) показана на рис. 2.2.

Рис.2.2. Феймановская диаграмма аннигиляции электрон-позитронной пары (е^-,е⁺) в две струи.

Рис. 2.3. Вверху показана разлетающаяся первоначальная кварк –антикварковая пара. В середине уже два разлетающихся пи-мезона. Внизу показаны три пи-мезона образующие две струи.

Рис.2.4. Детектор TASSO на накопительном кольце PETRA регистрирует двухструйное событие при лобовом столкновении электронов и позитронов высоких энергий.

Первоначальная расходящаяся кварк-антикварковая пара растягивает цветовые силовые линии сильного взаимодействия до тех пор, пока возрастающая с расстоянием потенциальная энергия сильного взаимодействияV(r)~λr не окажется достаточной для образования новой пары (). Образование двух струй адронов показано на рис.2.3. Замедляющиеся кварки испускают адроны (π-мезоны), точно также, как тормозящийся электрический заряд испускает фотоны тормозного излучения. Первоначальные кварки никогда не регистрируются в детекторе. Были определены спины кварков равные ½. Общее число адронов свидетельствует, что, кварки, возникающие в промежуточном состоянии, имели три различных цвета.

Таким образом, кварковая модель адронов подтверждается всей совокупностью экспериментальных данных. Однако в свободном состоянии кварки не наблюдаются, а только в связанном состоянии внутри адронов. При реакциях между адронами они перераспределяются во вновь образованные частицы.

Электромагнитное взаимодействие. Фотон (гамма-квант) Квантовая электродинамика (КЭД).