Quark malli

Kvarkkimalli  - alkeishiukkasfysiikassa hadronien luokittelukaavio niiden valenssin näkökulmasta kvarkit  - kvarkit ja antikvarkit , generoivat hadronien kvanttiluvut .

Kuvaus

Tämän mallin mukaan kaikki vahvasti vuorovaikutuksessa olevat hiukkaset ( mesonit , baryonit , resonanssihiukkaset ) koostuvat erityisistä "alihiukkasista", joissa on murto-osaisia ​​sähkövarauksia - kolmen tyyppisiä kvarkeja sekä vastaavia antihiukkasia ( antikvarkeja ).

Kvarkkimalli kuvaa tunnetut hadronit koostuvan vapaista (valenssi) kvarkeista ja/tai antikvarkeista, joita gluonien kantama voimakas voima tiukasti sitoo . Jokainen hadron sisältää myös virtuaalisten kvarkki-antikvarkki-parien "meren".

Kvarkkimalli ennusti, että korkean energian elektronin ja positroni tuhoutuessa ei syntyisi itse hadroneja, vaan ensin kvarkki-antikvarkki-pareja, jotka sitten muuttuvat hadroneiksi. Tällaisen prosessin kulun laskemisen tulos riippui suoraan tuotettujen kvarkkien varauksesta. Koe vahvisti nämä ennusteet täysin [1] .

R. Peierls viittaa alkuainehiukkasten kvarkkimalliin sen ilmaantumisen jälkeen fenomenologisiin malleihin, toisen tyyppisiin matemaattisiin malleihin [2] . Sen jälkeen kvarkkimalli siirtyi vähitellen hypoteesien luokkaan.

Kvarkkimalli kvarkkien keskinäisen vuorovaikutuksen näkökulmasta gluonien avulla selittää hyvin massojen jakautumisen dekupletin jäsenten välillä [3] .

Kvarkkimalli selittää hyvin massojen jakautumisen [4] .

Kvarkkimalli ennustaa protonin ja neutronin magneettisten momenttien suhteelle arvon , joka on hyvin sopusoinnussa kokeellisen arvon −1,47 kanssa. Hyperonin ja protonin magneettisten momenttien suhteelle kvarkkiteoria ennustaa arvon , joka on myös hyvin sopusoinnussa kokeellisen arvon −0,29 ± 0,05 kanssa [5] .

Historiallisesti baryoniluku määritettiin kauan ennen nykyisen kvarkkimallin perustamista.

Kvarkkimallin perusteella on selvää, että kaonit muodostavat kaksi isospin - dublettia; eli ne kuuluvat SU ( 2) -ryhmän perusesitykseen , jota kutsutaan nimellä 2 . Yksi dubletti, jossa outous +1 ja isospin +1/2 sisältää K + ja K 0 . Antihiukkaset muodostavat toisen dupletin kummallisuudella −1 ja isospin −1/2.

Hadronien sisäisten ominaisuuksien kuvaamiseksi tarvitaan ei-häiritseviä lähestymistapoja. Niiden joukossa on erilaisia ​​paikallisia ja ei-paikallisia kvarkkimalleja, jotka perustuvat sekä kvanttikromodynamiikkaan että fenomenologiaan. Tämä malli, Nambu-Jona-Lasinio-tyyppinen malli (gluonit eivät sisälly siihen), on kehitetty ja mahdollistanut skalaari-, pseudoskalaari- ja vektorimesonien ominaisuuksien kuvaamisen, mukaan lukien niiden perustilat, sekä ensimmäiset radiaaliset herätteet. Sen perusteella ennustettiin skalaarimesonien massat, pseudoskalaarien ja vektorimesonien ensimmäisten radiaalisten viritysten massat. [6]

Jevgeni Levin ja Leonid Frankfurt kehittivät idean [7] hadronien muodostavasta kvarkkimallista . Tämä malli on onnistuneesti varmistettu kokeellisesti.

Bjorken-skaalauksen kokeellisen löydön, kvarkkimallin vahvistuksen ja kvanttikromodynamiikan asymptoottisen vapauden jälkeen partonit tunnistettiin hadronit muodostaviin kvarkeihin ja gluoneihin .

Mesonien ei-kvarkkimalleihin kuuluu eksoottisia mesoneja , joiden kvanttilukujen joukko on mahdoton kvarkkimallin sisällä. Tyypillisesti jokainen mesoni kvarkkimallissa esiintyy SU(3) -aromaattisena nonettina  – oktettina ja aromaattisena singlettinä. Osoittautuu, että liimapallo on ylimääräinen hiukkanen nonetin ulkopuolella. Huolimatta laskennan näennäisestä yksinkertaisuudesta, minkä tahansa tuloksena olevan tilan määritelmä liimapallona, ​​tetrakvarkkina tai hybridimesonina on edelleen epäselvä ja spekulatiivinen. Silloinkin, kun ollaan yksimielisiä siitä, että yksi useista tiloista on yksi näistä kvarkkimallin ulkopuolella olevista mesoneista, sekoittumisaste ja tarkka luokittelu ovat epävarmoja. Merkittävää kokeellista työtä tehdään myös kunkin tilan kvanttilukujen määrittämiseksi ja tulosten tarkkuuden tarkistamiseksi. Tämän seurauksena kaikki kvarkkimallin ulkopuoliset määritelmät ovat epävarmoja ja spekulatiivisia. Vuoden 2004 lopun tilannetta käsitellään tarkemmin alla .

Ehdokas luokitteluun liimapalloksi

f 0 (1370) ja f 0 (1500) eivät voi olla mesoneja kvarkkimallin puitteissa, koska yksi niistä on lisäpartikkeli mesononetin kanssa. Suuremman massan omaavan tilan muodostumista 2 fotonin reaktioissa, kuten reaktioissa 2γ → 2π tai 2γ → 2K , ei havaita. Rahoitukset antavat myös aihetta uskoa, että yksi niistä on liimapallo.

Historia

Shoichi Sakata ehdotti Sakata-mallia , joka on ennen kvarkkimallia.

Kvarkkimallin ehdottivat itsenäisesti fyysikot M. Gell-Mann [8] ja J. Zweig [9] [10] (katso myös [11] ) vuonna 1964. D-kvarkkien olemassaolo ennustettiin ensimmäisen kerran vuonna 1964  , jolloin Gell-Mann ja Zweig kehittivät kvarkkimallin.

Kvarkkimallissa hiukkanen Δ ++ (1232) koostuu kolmesta u -kvarkista, joiden spinit ovat suuntautuneet samaan suuntaan, ja niiden suhteellisen liikkeen ratakulmamomentti on nolla. Kaikkien kolmen kvarkin on tässä tapauksessa oltava samassa kvanttitilassa , ja koska kvarkki on fermioni , tällainen yhdistelmä on kielletty Paulin poissulkemisperiaatteella [12] . Vuonna 1965 N. N. Bogolyubov , B. V. Struminsky ja A. N. Tavkhelidze [13] sekä Han Mo Young yhdessä Yoichiro Nambun [14] ja O. Grinbergin kanssa ratkaisivat tämän ongelman itsenäisesti toisistaan ​​olettamalla, että kvarkki on ylimääräisiä vapausasteita SU(3) -mittariryhmästä , jota myöhemmin kutsutaan "värivarauksiksi". BV Struminsky huomautti tarpeesta antaa kvarkeille lisänumero 7. tammikuuta 1965 päivätyssä preprintissä [15] [16] . N. N. Bogolyubovin, B. Struminskyn ja A. N. Tavkhelidzen työn tulokset esiteltiin toukokuussa 1965 kansainvälisessä teoreettisen fysiikan konferenssissa Triestessä [17] . Yoichiro Nambu esitteli tulokset syksyllä 1965 konferenssissa Yhdysvalloissa [18] [19] . Khan ja Nambu huomauttivat, että kvarkki on vuorovaikutuksessa vektorimittausbosonien oktetin kautta , jota kutsutaan gluoneiksi .  

Kvarkit tunnistettiin pian hadronien muodostaviksi peruselementeiksi. Moderni teoria kvarkkien vuorovaikutuksesta on nimeltään kvanttikromodynamiikka (QCD) ja perustuu M. Gell-Manin työhön. Quark - malli on osa QCD : tä ja se on osoittautunut riittävän vahvaksi selviytyäkseen kvarkkimakujen löytämisestä .

Termi maku esiintyi ensimmäisen kerran hadronien kvarkkimallissa vuonna 1970.

Fysiikkayhteisö tunnusti kvarkkimallin vuonna 1976 [20] .

Kolmikvarkkimalli

Vakiokvarkkimalli (kutsutaan myös naiiviksi kvarkkimalliksi ja Gell-Mann-Zweig-kvarkkimalliksi [21] ): Tämä malli olettaa, että baryoni koostuu kolmesta niin kutsutusta valenssikvarkista ja "merestä" virtuaalisia kvarkki-antikvarkki-pareja ja virtuaalisia gluoneja. . Pentakvarkeja ei oteta huomioon. Hadroneita, jotka eivät sovi tämän mallin kehykseen, kutsutaan eksoottisiksi [22] .

Tilat kvarkkimallin ulkopuolella

Vaikka kvarkkimalli on johdettu kvanttikromodynamiikan teoriasta, hadronien rakenne on monimutkaisempi kuin tämä malli sallii. Minkä tahansa hadronin aaltofunktion täydellisen kvanttimekaniikan on sisällettävä virtuaalisia kvarkkipareja sekä virtuaalisia gluoneja , ja se sallii monia sekoituksia. Saattaa olla hadroneja, jotka sijaitsevat kvarkkimallin ulkopuolella. Näitä ovat gluniat (jotka sisältävät vain valenssigluoneja ), "hybridit" (jotka sisältävät sekä valenssikvarkeja että gluoneja) ja " eksoottiset hadronit " (kuten tetrakvarkit tai pentakvarkit ).

Muistiinpanot

  1. ↑ Johdatus kvarkeihin ja partoneihin, 1982 , s. 246.
  2. ↑ Peierls R. Mallinteko fysiikassa. — Contemp. Phys., tammi/helmikuu 1980, v. 21, s. 3-17; Käännös: R. Peierls, Fyysisten mallien rakentaminen, UFN, 1983, nro 6.
  3. ↑ Johdatus kvarkeihin ja partoneihin, 1982 , s. 369.
  4. ↑ Johdatus kvarkeihin ja partoneihin, 1982 , s. 379.
  5. ↑ Kvarkkiteoria, 1971 , s. 116.
  6. ↑ Hadronit, hurmaaneet mesonit ja kvarkkigluoniplasman etsintä . old.elementy.ru _ Haettu: 27.12.2017.
  7. ↑ "Kvarkin hypoteesi ja poikkileikkausten väliset suhteet korkeilla energioilla." . stanford.edu . Haettu: 27. joulukuuta 2017.  (linkki ei saatavilla)
  8. ↑ M. Gell-Mann. Baryonien ja mesonien kaavamainen malli   // Physics Letters  : päiväkirja. - 1964. - Voi. 8 , ei. 3 . - s. 214-215 . - doi : 10.1016/S0031-9163(64)92001-3 . - .
  9. ↑ G. Zweig. SU(3)-malli vahvalle vuorovaikutussymmetrialle ja sen rikkomiselle //  CERN Report No.8182/TH.401 : Journal. – 1964.  
  10. ↑ G. Zweig. SU(3)-malli vahvalle vuorovaikutussymmetrialle ja sen rikkomiselle: II //  CERN Report No.8419/TH.412 : Journal. – 1964.  
  11. ↑ Petermann, A. Propriétés de l'étrangeté et une formula de masse pour les mésons vectoriels  (ranska)  // Nuclear Physics : Magazine. - 1965. - Voi. 63 , nro 2 . _ - s. 349 . - doi : 10.1016/0029-5582(65)90348-2 . — . joka kosketti varovasti keskeisiä ajatuksia ilman määrällistä perustetta; [1] Arkistoitu 16. lokakuuta 2017 Wayback Machinessa
  12. ↑ Hadronien kvarkkimalli . nuclphys.sinp.msu.ru . Haettu 27. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 2. helmikuuta 2020.
  13. ↑ N. Bogolubov, B. Struminsky, A. Tavhelidze. JINR Preprint D-1968, Dubna 1965.
  14. ↑ MY Han ja Y. Nambu, Phys. Rev. 139, B1006 (1965).
  15. ↑ B. V. Struminsky , Baryonien magneettiset momentit kvarkkimallissa. JINR-Preprint P-1939, 1965.
  16. ↑ F. Tkachov, Avustus kvarkkien historiaan: Boris Struminskyn 1965 JINR-julkaisu Arkistoitu 6. lokakuuta 2016 Wayback Machinessa
  17. ↑ A. Tavkhelidze. Proc. Seminaari korkean energian fysiikasta ja alkuainehiukkasista, Trieste, 1965, Wien IAEA, 1965, s. 763.
  18. ↑ Kysymykseen kvanttiluvun "COLOR" löytämisestä. Arkistokopio , joka on päivätty 4. maaliskuuta 2016 Wayback Machinessa INR RAS:n verkkosivustolla.
  19. ↑ INR RAS - akateemikko A.N. Tavkhelidzen sivu . www.inr.ru _ Haettu 27. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 29. marraskuuta 2017.
  20. ↑ Kvarkit - puoli vuosisataa . old.elementy.ru _ Haettu 27. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 30. marraskuuta 2018.
  21. ↑ Pentakvarkit . old.elementy.ru _ Haettu: 27.12.2017.
  22. ↑ Hadronien luokitus . old.elementy.ru _ Haettu 27. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 29. marraskuuta 2018.

Kirjallisuus

Linkit