Кварки

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
В 60-е годы ученые занимались построением теории элементарных частиц (а под элементарными частицами в то время понимали барионы или мезоны; типичный представитель — это протон или нейтрон, которые образуют атомное ядро)

ЗАГАДОЧНОЕ СЛОВО «КВАРК»… ЗВУЧИТ НЕПОНЯТНО И ЭТИМ САМЫМ ПРИВЛЕКАЕТ.
Ученые предположили, что эти частицы состоят из неких других составляющих: протоны, нейтроны и прочие частицы состоят из еще каких-то более мелких частиц.
Этими более мелкими частицами и оказались кварки.
Стал их использовать и придумал эту схему американский физик Мюррей Гелл-Манн, он лауреат Нобелевской премии.
И был еще второй человек, звали его Цвейг. Он использовал другое слово — «тузы»

Цвейг
Мюррей Гелл-Манн
Джордж Цвейг

ЧТО ЖЕ ТАКОЕ КВАРКИ?
Есть атом, в атоме есть атомное ядро, ядро состоит из протонов и нейтронов.
Такое большое количество новых частиц необходимо было проклассифицировать.
Оказалось, что можно этого добиться, если предположить, что все частички состоят из неких составляющих. Что протоны, нейтроны, ка-мезоны, ро-мезоны и так далее, — те частицы, которые открыли, — состоят из еще более мелких составляющих, которые вот и предложили назвать словом «кварк».

КАК СТРОЯТСЯ ЧАСТИЧКИ ИЗ ЭТИХ САМЫХ КВАРКОВ?
Протон: берем два u-кварка и один d-кварк; uud — это протон. Нейтрон: берем udd — это нейтрон.
Можно взять uuu, можно взять ddd, можно взять uus, можно uds. Всего из трех составляющих можно было построить весь мир элементарных частиц.
Все элементарные частицы очень хорошо укладывались в «семейства». Этот путь построения частиц получил название «восьмеричный путь».
В 1974 году не была открыта некая новая частица, которая в эту схему не укладывалась.

Сначала было много шума и непонятного, а потом оказалось, что для того, чтобы ее объяснить, пришлось придумать еще одну частицу, еще один кварк, четвертый. Получилось четыре кварка(1974-м году).
Теория, которая описывает свойства кварков, говорит о том что три кварка оказались неудачной комбинацией. Например, некоторые распады частиц, которые в природе почему-то не происходят, в этой теории, наоборот, должны были хорошо происходить.
Но через некоторое время открыли пятый кварк, пятую частицу.
Четвертый кварк получил название «очарованный кварк».
Пятый кварк получил название b-кварк,, то есть «прелестный» или «прекрасный».
Так и появилась «прелестная физика», и «прекрасная физика».

И в конце прошлого века был найден шестой кварк, его назвали t, и появилась система из шести кварков.
Но когда их стало шесть, стало можно думать уже о собственной классификации самих кварков.
Эти кварки группируются в пары:
первая пара — это u- и d-кварки;
вторая пара — это c- и s-кварки;
третья пара — это top и bot.
Эти пары кварков, оказалось, обладают абсолютно идентичными свойствами. Единственное, что их отличает — каждая следующая пара тяжелей предыдущей. А в остальном они абсолютно одинаковы.

Мы имеем дело с тем, что получило название «поколение».
Есть три поколения:
первая пара — это первое поколение;
вторая пара — второе поколение;
третья пара — это третье поколение.
Они абсолютно идентичны, только одно поколение старше другого. На языке физики «старше» означает в данном случае «тяжелее».

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ МИР, КОТОРЫЙ МЫ С ВАМИ ВИДИМ?
Наш мир состоит из протонов и нейтронов, больше ничего нет. Весь видимый мир, то, что мы с вами видим, на чем мы сидим, где мы ходим, воздух, которым мы дышим, вообще все, что мы наблюдаем вокруг себя - состоит из протонов и нейтронов, которые сделаны из двух кварков.

СВОЙСТВА КВАРКОВ
Электрический заряд кварка кратен одной трети.
Вот так мы и выбираем:
Электрический заряд u-кварка — 2/3
d-кварка — -1/3. Значит, протон как получается — uud: 2/3 + 2/3 — 1/3 — получается +1.
А как нейтрон делается — udd: 2/3 — 1/3 — 1 — получается 0.

Каждый кварк имеет спин ½, мы строим комбинации из трех кварков.
А мезоны имеют спин 0, поэтому они строятся из двух кварков.
Например, известный π-мезон имеет спин 0, а заряд у него бывает либо +1, либо -1, либо 0. Он состоит из двух кварков.
Берем ud: u-кварк и анти-d-кварк: u-кварк — это заряд 2/3, у d-кварка — -1/3; соответственно, у анти-d — +1/3; значит, 2/3 + 1/3 получается 1. Вот получается π+ мезон.
Вот таким образом из кварков с дробными зарядами строятся все наблюдаемые элементарные частицы, как барионы, так и мезоны.

Помимо всех перечисленных характеристик кварки обладают ещё одной специфической внутренней характеристикой, называемой цветовым зарядом или просто “цветом”. Сильные взаимодействия между кварками обусловлены наличием у кварков этих цветовых зарядов.
красный
зелёный
синий
Кварк одного цвета может перейти в кварк другого цвета, испустив цветной глюон – частицу, являющуюся переносчиком сильного взаимодействия.. Суммарный цветовой заряд адрона равен нулю.
Адроны бесцветные или белые.
Квантовое число цвет обеспечивает необходимую антисимметрию волновой функции адронов, состоящих из одинаковых кварков, что согласуется с принципом Паули.

ОТКРЫТЫЕ ВОПРОСЫ
почему ровно три цвета?
почему ровно три поколения кварков?
случайно ли совпадение числа цветов и числа поколений?
случайно ли совпадение этого числа с размерностью пространства в нашем мире?
откуда берётся такой разброс в массах кварков?
из чего состоят кварки?
как кварки складываются в адроны?