Частицы вещества

В свою очередь, частицы вещества делятся на две груп­пы — кварки и лептоны. Кварки и лептоны входят в со­став других физических объектов и считаются при достиг­нутых на сегодняшний день энергиях «бесструктурными». Кварки — это частицы, которые, кроме электрического за­ряда, обладают цветным зарядом. Наличие у кварков цвет­ного заряда обусловливает способность их к сильным вза­имодействиям. Известно, что протон и нейтрон состоят из трех кварков. Однако принцип Паули здесь не нарушает­ся, так как эти кварки имеют различные цветовые заряды. Заряд сильного взаимодействия назвали «цветом» именно по аналогии с действительными цветами для того, чтобы подчеркнуть, что смешение трех цветов кварков делает протон или нейтрон бесцветным (так же, как смешение красного, желтого и зеленого цветов даст белый цвет). Со­ответственно различают три заряда сильных взаимодей-

ствий — красный (R), желтый (Y) и зеленый (G). Лепто-ны — бесцветны и не участвуют в сильных взаимодействи­ях. Предполагается существование шести кварков и шес­ти лептонов. При этом производится деление их на семей­ства трех поколений.

В столбце «Кварки» латинскими буквами обозначены различные ароматы кварков, индексами — цвета кварков. Название ароматов кварков: U — от английского слова up — вверх; d — от английского слова down — вниз; С — от английского слова charm — очарование; S — от англий­ского слова strange — странный; t — от английского сло­ва top — верхний; b — от английского слова botton — нижний.

Все вещество во Вселенной составлено из четырех ча­стиц I (первого) поколения. Частицы второго (П) и третьего (III) поколения рассматриваются как возбужденные состо­яния частиц первого поколения в соответствии с их рас­положением в таблице. В настоящее время пока неизвест­но, почему существует именно такое количество поколений частиц, и не существуют ли и другие, пока еще не откры-

тые семейства частиц? И почему до сих пор не наблюда­лись переходы между частицами разных поколений?

Все частицы участвуют в гравитационных и в слабых взаимодействиях. Так, например, действие слабых сил при­водит к изменению природы частиц — превращению квар­ка одного аромата в кварк другого аромата, электрона в нейтрино и т. д. В электромагнитных взаимодействиях участвуют только те частицы, которые имеют электриче­ский заряд. Известно, что кварки имеют дробный электри­ческий заряд. Значит, они также участвуют в электромаг­нитных взаимодействиях, как и электрон. Нейтрино в электромагнитных взаимодействиях не участвуют. И, на­конец, только кварки, обладающие цветным зарядом, спо­собны к сильным взаимодействиям. Частицы, состоящие из кварков, называются адронами. Адроны делятся на два класса — барионы, в состав которых входят три квар­ка с различными цветами, и мезоны, состоящие из пары кварк — антикварк. Соответственно, антикварк имеет ан-тицветовой заряд. Таким образом, адроны, содержащие в себе цветные кварки, сами являются бесцветными. Барио-нами являются протоны и нейтроны — частицы, входящие в состав ядра атома. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка (р =uud); нейтрон состоит из одного и-кварка и двух d-кварков (n =udd). Протон имеет положи­тельный электрический заряд, нейтрон является электри­чески нейтральной частицей. Ядра и электроны образуют атомы, а атомы — молекулы.

Следует сказать, что физика кварков открывает новую, необычную страницу в истории физики. С одной стороны, ничего нетрадиционного в поисках наиэлементарнейшего уровня в иерархии элементарных частиц и в связи с этим с гипотезой кварков нет. Но, с другой стороны, само пове­дение кварков несколько необычно, ибо они никогда не встречаются в свободном состоянии, а находятся в посто­янном плену, заключены внутри адронов. В физике квар­ков сформулирована гипотеза конфайнмента (от англ. confinement — пленение), кварков внутри адронов, соглас­но которой невозможно вылетание свободного кварка из адрона. Несмотря на это необычайное обстоятельство, су­ществование кварков как реальных частиц в физике на­дежно обосновано.