s-кварк

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

s-кварк (странный кварк) (s)
Состав фундаментальная частица
Семья Фермион
Группа Кварк
Поколение Второе
Участвует во взаимодействиях сильное,
слабое,
электромагнитное,
гравитационное
Кол-во типов 3
Масса 95 ± 25 МэВ/c2
Теоретически обоснована
1964
)
Обнаружена
1947
Квантовые числа
Электрический заряд −1/3 e
Цветовой заряд r, g, b
Спин ½
ħ
Кол-во спиновых состояний 2

Стра́нный кварк или s-кварк (происходит от названия квантового числа «странность», англ. strangeness[прим. 1]) — тип элементарных частиц, один из шести известных кварков. Третий по массе из всех лёгких кварков. Странные кварки входят в состав некоторых адронов. Адроны, содержащие странные кварки, называют странными частицами (это название исторически возникло до открытия s-кварков и отражало загадочное на тот момент свойство этой группы частиц, значительно превосходящих по времени жизни другие известные адроны). Странными частицами являются каоны (K), странные D-мезоны (D
s), сигма-барионы (Σ) и ряд других.

Согласно IUPAP, символ s — это официальное обозначение для кварка, тогда как термин «странный» следует рассматривать только как мнемоническое обозначение[источник не указан 724 дня].

Странный кварк наряду с

электромагнитном, слабом взаимодействии и сильном взаимодействии. Античастица странного кварка — это странный антикварк (иногда называемый антистранным кварком), который отличается от него только тем, что некоторые из его свойств имеют ту же величину, но противоположный знак
.

Хотя первая странная частица была открыта в 1947 году (

Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом, для объяснения схемы классификации адронов восьмеричного пути. Первое свидетельство существования кварков было получено в 1968 году в экспериментах по глубоконеупругому рассеянию в Стэнфордском центре линейных ускорителей
. Эти эксперименты подтвердили существование верхних и нижних кварков и, в более широком смысле, странных кварков, поскольку их наличие было необходимо для объяснения теории «восьмеричного пути».

История

На заре физики элементарных частиц (первая половина 20 века)

Мюррей Гелл-Манн (в 1953 г.)[3][4] и Кадзухико Нисидзима (Нисиджима) (в 1955 г.)[5] разработали концепцию странности (которую Нисидзима называл эта-зарядом в честь эта-мезона η) для объяснения «странности» долгоживущих частиц. Формула Гелл-Манна — Нисидзимы
 — результат этих усилий, направленных на объяснение странных распадов.

Несмотря на их работу, отношения между каждой частицей и физическими основаниями странности оставались неясными. В 1961 году Гелл-Манн[6] и Ювал Нееман[7] независимо друг от друга предложили схему классификации адронов, названную «восьмеричным путем», также известную как симметрия ароматов SU(3), которая упорядочила адроны в изоспиновые мультиплеты. Физическая основа, лежащая в основе изоспина и странности, была объяснена только в 1964 году, когда Гелл-Манн[8] и Джордж Цвейг[9][10] независимо друг от друга предложили кварковую модель, которая в то время включала в себя только верхний, нижний и странный кварки[11]. Верхние и нижние кварки были носителями изоспина, а странный кварк — носителем странности. Хотя кварковая модель объясняла восьмеричный путь, никаких прямых доказательств существования кварков до экспериментов 1968 года в Стэнфордском центре линейных ускорителей не было найдено[12][13]. Эксперименты по глубоко неупругому рассеянию показали, что протоны имеют субструктуру и что модель протона, состоящего из трёх более фундаментальных частиц, согласуется с данными (тем самым подтверждая кварковую модель)[14].

Сначала учёные не хотели идентифицировать три субчастицы как кварки, вместо этого предпочитая

Ричарда Фейнмана[15][16][17], но со временем теория кварков стала общепринятой (см. Ноябрьская революция)[18]
.

Адроны, содержащие s-кварк

Некоторые адроны содержат валентный s-кварк, в том числе:

  • каоны — мезоны, содержащие s-кварк (или его античастицу) и u- или d-кварк;
  • η- и η'-мезоны без ароматов являются линейными комбинациями нескольких кварк-антикварковых пар, включая пару из странных кварка и антикварка (таким образом, он является частицей со скрытой странностью);
  • φ-мезон без ароматов содержит только пару из странных кварка и антикварка (и, следовательно, тоже несёт скрытую странность);
  • странные
    Λ содержат по одному странному кварку, Ξ — по два, Ω
     — три.

В составе всех адронов (в том числе и не содержащих валентных s-кварков) есть примесь виртуальных (морских) пар, состоящих из странного кварка и антикварка.

Примечания

  1. ↑ Изредка s расшифровывалось также как англ. sideways (боковой), потому что для s-кварка значение проекции изотопического спина I3 равно 0, в то время как проекция изоспина кварков u («верхнего») и d («нижнего») принимает значения +1⁄2 и −1⁄2, соответственно[1]. Сейчас такая расшифровка не применяется, в частности, потому, что проекция изоспина равна нулю у всех кварков второго и третьего поколений, а не только у s-кварка.

Ссылки

  1. ↑ McGervey J. D. Introduction to Modern Physics (англ.). — 2nd Ed. — New York: Academic Press, 1983. — P. 658. — ISBN 978-0-12-483560-3. Архивная копия от 10 марта 2021 на Wayback Machine
  2. ↑ Tanabashi M. et al. (Particle Data Group) (2018). "Review of Particle Physics". Physical Review D. 98 (3): 1—708. Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. doi:10.1103/PhysRevD.98.030001. PMID 10020536. Архивировано 9 января 2021. Дата обращения: 7 января 2021.
  3. ↑ Gell-Mann M. (1953). "Isotopic Spin and New Unstable Particles" (PDF). Physical Review. 92 (3): 833. Bibcode:1953PhRv...92..833G. doi:10.1103/PhysRev.92.833. Архивировано (PDF) 19 декабря 2020. Дата обращения: 7 января 2021.
  4. ↑ Johnson G. Strange Beauty: Murray Gell-Mann and the Revolution in Twentieth-Century Physics. — Random House, 2000. — P. 119. — «К концу лета... [Гелл-Манн] закончил свою первую моностатью, “Изотопический спин и любопытные частицы”, и отослал её в “Physical Review”. Редакторам очень не понравилось название, и он заменил его на “странные частицы”. Они снова отказались — хотя почти все использовали этот термин — и предложили взамен “Изотопический спин и новые нестабильные частицы”». — ISBN 978-0-679-43764-2. Источник. Дата обращения: 7 января 2021. Архивировано 10 марта 2021 года.
  5. ↑ Nishijima K. (1955). "Charge Independence Theory of V Particles". Progress of Theoretical Physics. 13 (3). Bibcode:1955PThPh..13..285N. doi:10.1143/PTP.13.285.
  6. ↑ Gell-Mann M. The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry // The Eightfold Way / M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. —
    California Institute of Technology. {{cite document}}: Неизвестный параметр |work= игнорируется (справка
    )
  7. ↑ Ne'eman Y. Derivation of strong interactions from gauge invariance // The Eightfold Way / M. Gell-Mann, Y. Ne'eman. —
    Westview Press, 2000. — ISBN 978-0-7382-0299-0.
    Original Ne'eman Y. (1961). "Derivation of strong interactions from gauge invariance". Nuclear Physics. 26 (2): 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1
    .
  8. ↑ Gell-Mann M. (1964). "A Schematic Model of Baryons and Mesons". Physics Letters. 8 (3): 214—215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  9. ↑ Zweig G. (1964). "An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking". CERN Report No.8181/Th 8419.
  10. ↑ Zweig G. (1964). "An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II". CERN Report No.8419/Th 8412.
  11. ↑ Carithers B., Grannis P. (1995). "Discovery of the Top Quark" (PDF). Beam Line. 25 (3): 4—16. Архивировано (PDF) 3 декабря 2016. Дата обращения: 23 сентября 2008.
  12. ↑ Bloom E. D. (1969). "High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°". Physical Review Letters. 23 (16): 930—934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930.
  13. ↑ Breidenbach M. (1969). "Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering". Physical Review Letters. 23 (16): 935—939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935. Архивировано 6 февраля 2020. Дата обращения: 7 января 2021.
  14. ↑ Friedman J. I. The Road to the Nobel Prize. Hue University. Дата обращения: 29 сентября 2008. Архивировано 25 декабря 2008 года.
  15. ↑ Feynman R. P. (1969). "Very High-Energy Collisions of Hadrons" (PDF). Physical Review Letters. 23 (24): 1415—1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415. Архивировано (PDF) 11 января 2021. Дата обращения: 7 января 2021.
  16. ↑ S. Kretzer (2004). "CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects".
    Physical Review D. 69 (11). arXiv:hep-th/0307022. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005
    .
  17. ↑ Griffiths D. J. Introduction to Elementary Particles. — John Wiley & Sons, 1987. — P. 42. — ISBN 978-0-471-60386-3.
  18. ↑ Peskin M. E., Schroeder D. V. An introduction to quantum field theory. —
    Addison–Wesley, 1995. — P. 556. — ISBN 978-0-201-50397-5
    .