20-кылымдын орто ченинде физикада «бөлүкчөлөр зоопаркы» түшүнүгү пайда болуп, материянын ар кандай элементардык түзүүчүлөрүн билдирет, ал илимпоздор жетишерлик күчтүү ылдамдаткычтар түзүлгөндөн кийин жолуккан. "Зоопарктын" эң көп тургундарынын бири мезондор деп аталган объектилер болгон. Бул бөлүкчөлөр үй-бүлөсү бариондор менен бирге адрондордун чоң тобуна кирет. Аларды изилдөө материянын структурасынын тереңирээк деңгээлине кирүүгө мүмкүндүк берди жана ал жөнүндөгү билимдерди фундаменталдык бөлүкчөлөрдүн жана өз ара аракеттенишүүлөрүнүн заманбап теориясына – Стандарттык моделге иретке келтирүүгө салым кошту.
Ачылуулар таржымалы
1930-жылдардын башында атом ядросунун курамы такталгандан кийин анын болушун камсыз кылган күчтөрдүн табияты жөнүндө суроо пайда болгон. Нуклондорду байланыштырган өз ара аракеттенүү өтө интенсивдүү болушу жана айрым бөлүкчөлөрдүн алмашуусу аркылуу ишке ашырылышы керек экени айкын болгон. 1934-жылы япондук теоретик Х. Юкава тарабынан жүргүзүлгөн эсептөөлөр бул объекттердин массасы боюнча электрондон 200–300 эсе чоң экенин жана,тиешелүүлүгүнө жараша протондон бир нече эсе төмөн. Кийинчерээк алар грек тилинен которгондо "орто" дегенди билдирген мезондордун атын алышкан. Бирок, алардын биринчи түз аныктоосу өтө ар түрдүү бөлүкчөлөрдүн массаларынын жакындыгынан улам "жаңылуу" болуп чыкты.
1936-жылы космостук нурларда массасы Юкаванын эсептөөлөрүнө ылайык келген объектилер (алар му-мезондор деп аталган) ачылган. Өзөктүк күчтөрдүн изделип жаткан кванты табылгандай болду. Бирок кийин му-мезондор нуклондордун ортосундагы алмашуу өз ара аракеттенүүсүнө байланышпаган бөлүкчөлөр экени белгилүү болду. Алар электрон жана нейтрино менен бирге микрокосмостогу объекттердин дагы бир классына – лептондорго кирет. Бөлүкчөлөр мюондор деп аталып, издөө улантылды.
Юкава кванттары 1947-жылы гана ачылган жана алар "пи-мезондор" же пиондор деп аталган. Электрдик заряддуу же нейтралдуу пи-мезон, чынында эле, алмашуу нуклондордун ядродо чогуу жашоосуна мүмкүндүк берген бөлүкчө экени белгилүү болду.
Мезон структурасы
Бул дээрлик дароо айкын болду: пиондор «бөлүкчөлөр зоопаркына» жалгыз эмес, көптөгөн туугандары менен келишкен. Бирок, бул бөлүкчөлөрдүн саны жана ар түрдүүлүгүнөн улам алар аз сандагы фундаменталдык объектилердин айкалышы экенин аныктоого мүмкүн болгон. Кварктар ушундай структуралык элементтер болуп чыкты.
Мезон – кварк менен антикварктын байланышкан абалы (байланыш күчтүү өз ара аракеттешүү кванттары – глюондор аркылуу ишке ашырылат). Кварктын "күчтүү" заряды шарттуу түрдө "түс" деп аталган кванттык сан. Бирок, бардык адрондоржана алардын арасында мезондор, түссүз. Бул эмнени билдирет? Мезон кварк жана ар кандай типтеги антикварк тарабынан түзүлүшү мүмкүн (же алар айткандай, даамдар, «даамдар»), бирок ал ар дайым түс менен антиколорду айкалыштырат. Мисалы, π+-мезон жуп у-кварк - анти-д-кварк (ud̄) тарабынан түзүлөт жана алардын түс заряддарынын айкалышы "көк - анти- болушу мүмкүн" көк», «кызыл - анти-кызыл» же жашыл-жашыл. Глюондордун алмашуусу кварктардын түсүн өзгөртөт, ал эми мезон түссүз бойдон калат.
Улуу муундардын кварктары, мисалы, s, c жана b, алар түзгөн мезондорго тиешелүү даамдарды - өздөрүнүн кванттык сандары менен туюнтулган кызыкчылыкты, жагымдуулукту жана сүйкүмдүүлүктү берет. Мезондун бүтүн электр заряды аны түзгөн бөлүкчөлөрдүн жана антибөлүкчөлөрдүн бөлчөк заряддарынан турат. Мезондо валенттүү кварктар деп аталган бул жуптан тышкары көптөгөн («деңиз») виртуалдык түгөйлөр жана глюондор бар.
Мезондор жана негизги күчтөр
Мезондор, тагыраак айтканда, аларды түзгөн кварктар Стандарттык моделде сүрөттөлгөн өз ара аракеттенүүнүн бардык түрлөрүнө катышат. Өз ара аракеттенүүнүн интенсивдүүлүгү ал тарабынан пайда болгон реакциялардын симметриясына, башкача айтканда, белгилүү чоңдуктардын сакталышына түздөн-түз байланыштуу.
Начар процесстер эң аз интенсивдүү, алар энергияны, электр зарядын, импульсту, бурчтук импульсту (спин) үнөмдөйт – башкача айтканда универсалдуу симметриялар гана аракет кылат. Электромагниттик өз ара аракеттенүүдө мезондордун паритеттик жана даамдык кванттык сандары да сакталат. Бул реакцияларда маанилүү роль ойногон процесстерчирүү.
Күчтүү өз ара аракеттенүү эң симметриялуу, башка чоңдуктарды, атап айтканда изоспинди сактайт. Ал ион алмашуу аркылуу ядродо нуклондордун кармалышы үчүн жооптуу. Заряддалган пи-мезондорду чыгаруу жана жутуу менен протон менен нейтрон өз ара өзгөрүүгө дуушар болушат жана нейтралдуу бөлүкчөнүн алмашуусунда нуклондордун ар бири өзү бойдон калат. Муну кварктардын деңгээлинде кантип көрсөтүү мүмкүн экендиги төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөн.
Күчтүү өз ара аракеттенүү ошондой эле мезондордун нуклондор менен чачырашын, адрондук кагылышууларда жана башка процесстерде алардын өндүрүшүн башкарат.
Кварконий деген эмне
Кварк менен бир эле даамдагы антикварктын айкалышы кваркония деп аталат. Бул термин көбүнчө массивдүү с- жана б-кварктарды камтыган мезондорго карата колдонулат. Өтө оор т-кварктын такыр эле байланган абалга кирүү үчүн убактысы жок, заматта жеңилирээк болуп чирип кетет. cc̄ айкалышы Charmonium деп аталат, же жашыруун сүйкүмдүү бөлүкчө (J/ψ-мезон); bb̄ айкалышы - жашыруун сүйкүмдүү (Υ-мезон) бар түбоний. Экөө тең көптөгөн резонанстык - толкунданган - абалдардын болушу менен мүнөздөлөт.
Жарык компоненттерден пайда болгон бөлүкчөлөр - uū, dd̄ же ss̄ - бул кварктардын массаларынын мааниси жакын болгондуктан, даамдардын суперпозициясы (суперпозициясы) болуп саналат. Ошентип, нейтралдуу π0-мезон – бул кванттык сандардын бирдей топтомуна ээ болгон uū жана dd̄ абалдарынын суперпозициясы.
Мезондун туруксуздугу
Бөлүкчө менен антибөлүкчөнүн айкалышы натыйжа беретар кандай мезондун жашоосу алардын жок болушу менен аяктайт. Өмүрдүн узактыгы бузулууну кайсы өз ара аракеттенүү башкарарына жараша болот.
- «Күчтүү» жок кылуу каналы аркылуу чириген мезондор, айталы, жаңы мезондордун пайда болушу менен глюондор, өтө көп жашашпайт - 10-20 - 10 - 21 2-б. Мындай бөлүкчөлөрдүн мисалы кваркония болуп саналат.
- Электромагниттик аннигиляция да абдан күчтүү: кварк-антикварк жуптары дээрлик 99% ыктымалдык менен эки фотонго аннигиляцияланган π0-мезондун жашоо мөөнөтү болжол менен 8 ∙ 10 -17 с.
- Алсыз аннигиляция (лептондорго ажыроо) бир кыйла азыраак интенсивдүүлүк менен жүрөт. Ошентип, заряддалган пион (π+ – ud̄ – же π- – dū) кыйла узак жашайт – орточо эсеп менен 2,6 ∙ 10-8 с жана адатта мюонго жана нейтриного (же тиешелүү антибөлүкчөлөргө) ажырайт.
Көпчүлүк мезондор адрон резонанстары деп аталган, кыска мөөнөттүү (10-22 – 10-24 c) атомдун дүүлүккөн абалына окшош белгилүү бир жогорку энергия диапазондорунда пайда болот. Алар детекторлордо катталбайт, бирок реакциянын энергетикалык балансынын негизинде эсептелет.
Айлануу, орбиталык импульс жана паритет
Бариондордон айырмаланып, мезондор спиндик сандын (0 же 1) бүтүн мааниси бар элементардык бөлүкчөлөр, башкача айтканда бозондор. Кварктар фермиондор жана жарым бүтүн спинге ээ ½. Эгерде кварк менен антикварктын импульс моменттери параллелдүү болсо, анда алардынсумма - мезон спин - 1ге барабар, эгерде антипараллель болсо, ал нөлгө барабар болот.
Компоненттердин жупунун өз ара циркуляциясынын аркасында мезон да орбиталык кванттык санга ээ, бул анын массасына салым кошот. Орбиталык импульс жана спин бөлүкчөнүн мейкиндик же Р-паритет (күзгү инверсиясына карата толкун функциясынын белгилүү симметриясы) түшүнүгү менен байланышкан толук бурчтук импульсун аныктайт. S спининин жана ички (бөлүкчөнүн өздүк эталондук системасына байланыштуу) P-паритетинин айкалышы боюнча мезондордун төмөнкү түрлөрү бөлүнөт:
- псевдоскаляр - эң жеңил (S=0, P=-1);
- вектор (S=1, P=-1);
- скаляр (S=0, P=1);
- псевдовектор (S=1, P=1).
Акыркы үч түрү өтө массивдүү мезондор, алар жогорку энергиялуу абалдар.
Изотоптук жана унитардык симметриялар
Мезондорду классификациялоо үчүн атайын кванттык санды - изотоптук спинди колдонуу ыңгайлуу. Күчтүү процесстерде изопиндик мааниси бирдей болгон бөлүкчөлөр электр зарядына карабастан симметриялуу катышат жана бир нерсенин ар кандай заряддык абалы (изопиндик проекциялар) катары көрсөтүлүшү мүмкүн. Массасы боюнча өтө жакын болгон мындай бөлүкчөлөрдүн жыйындысы изомультиплет деп аталат. Мисалы, пиондук изотриплет үч абалды камтыйт: π+, π0 жана π--мезон.
Изоспиндин мааниси I=(N–1)/2 формуласы менен эсептелет, мында N – мультиплеттеги бөлүкчөлөрдүн саны. Ошентип, пиондун изоспини 1ге барабар, ал эми анын проекциялары өзгөчө зарядда Izбоштук тиешелүүлүгүнө жараша +1, 0 жана -1. Төрт кызык мезон - каондор - эки изодублетті түзөт: K+ жана K0 изопин +½ жана кызыкчылык +1 жана антибөлүкчөлөрдүн дублети К- жана K̄0, алар үчүн бул маанилер терс.
Адрондордун (анын ичинде мезондордун) электр заряды Q изоспиндик проекциясы Iz жана гиперзарядасы Y (барион саны менен бардык даамдардын суммасы) менен байланыштуу. сандар). Бул байланыш Nishijima–Gell-Mann формуласы менен туюнтулган: Q=Iz + Y/2. Бир мультиплеттин бардык мүчөлөрү бирдей гиперзарядка ээ экени түшүнүктүү. Мезондордун бариондук саны нөлгө барабар.
Андан соң, мезондор кошумча айлануу жана паритет менен супер көптүкчөлөргө топтолот. Сегиз псевдоскалярдык мезон октетти, вектордук бөлүкчөлөр ненетти (тогуз) жана башкалар түзөт. Бул унитардык деп аталган жогорку деңгээлдеги симметриянын көрүнүшү.
Мезондор жана жаңы физиканы издөө
Учурда физиктер кубулуштарды активдүү издөөдө, алардын сүрөттөлүшү Стандарттык моделдин кеңейишине жана микродүйнөнүн тереңирээк жана жалпы теориясынын - Жаңы Физиканын курулушу менен анын чегинен чыгууга алып келет. Стандарттык модель аны чектөөчү, энергиясы аз иш катары киргизет деп болжолдонууда. Бул издөөдө мезондорду изилдөө маанилүү роль ойнойт.
Экзотикалык мезондор өзгөчө кызыгууну туудурат - структурасы кадимки моделдин алкагына туура келбеген бөлүкчөлөр. Ошентип, Чоң Адрондо2014-жылы коллайдер эки ud̄cc̄ кварк-антикварк жуптарынын байланышкан абалы Z(4430) тетракваркты, сулуу В мезонунун аралык ажыроо продуктусун тастыктады. Бул ажыроо бөлүкчөлөрдүн гипотетикалык жаңы классынын – лептокварктардын ачылышы жагынан да кызыктуу.
Модельдер мезондор катары классификацияланышы керек болгон башка экзотикалык абалдарды да алдын ала айтышат, анткени алар күчтүү процесстерге катышат, бирок кварктары жок глюондордон гана түзүлгөн клейболдор сыяктуу барион саны нөлгө барабар. Мындай объекттердин баары фундаменталдык өз ара аракеттенүүлөрдүн табияты жөнүндөгү билимибизди олуттуу түрдө толуктай алат жана микродүйнө физикасынын андан ары өнүгүшүнө салым кошо алат.
