Кварки

Кварки (далее К) гипотетические частицы, из которых, как предполагается, могут состоять все известные элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях (адроны). Гипотеза о существовании К была высказана в 1964 независимо американским физиком М. Гелл-Маном и австрийским физиком Г. Цвейгом с целью объяснения закономерностей, установленных для адронов. У названия "кварк" нет точного перевода, оно имеет литературное происхождение (было заимствовано М. Гелл-Маном из романа Дж. Джойса "Поминки по Финегану", где означало нечто неопределенное, мистическое). Такое название для частиц, очевидно, было выбрано потому, что К необходимо приписать ряд необычных свойств, выделяющих их из всех известных элементарных частиц (например, дробный электрический заряд).   Предположение о существовании К возникло в связи с открытием большого числа адронов и их успешной систематизацией. Было установлено, что адроны могут быть сгруппированы в некоторые семейства частиц, близких по своим основным характеристикам (одинаковые барионные заряды, спины, внутренние четности, близкие массы). Так, например, 8 частиц: протон (р), нейтрон (n) и гипероны L0, +, 0, –, X–, X0 могут быть объединены в одно семейство барионов (октет) со спином 1/2 и положительной четностью. Такие семейства частиц получили название супермультиплетов (см. Элементарные частицы). Число частиц в каждом супермультиплете и их основные свойства можно объяснить, если предположить, что адроны являются составными частицами — состоят из трех типов фундаментальных частиц, так называемых р–, n– и l-К (а также из античастиц ). При этом К необходимо приписать характеристики, указанные в табл. (в том числе дробные электрические и заряды). Характеристики кварков Частица Электрический заряд Q заряд В Спин J транность К р n l +2/3 -1/3 -1/3 1/3 1/3 1/3 1/2 1/2 1/2 0 0 -1 Антикварки -2/3 +1/3 +1/3 -1/3 -1/3 -1/3 1/2 1/2 1/2 0 0 +1   согласно указанной гипотезе, состоят из трех К, например протон (Q = 1 В = 1) — из двух р-К и одного n-К, нейтрон (Q = 0, В = 1) — из двух n-. и одного р-К, + (Q = 1; В = 1) — из двух р-К и одного l-К, – (Q = —1, В = 1) — из трех l-К и т. д. Антибарионы состоят из трех антикварков, а мезоны — из одного К и одного антикварка (например, p+ — из р и , К° — из  и n и т. д.). В состав странных частиц обязательно входят l-К — носители странности.   Поиски К проводились в космических лучах, на ускорителях высокой энергии, а также физико- способами в окружающей среде. Все они оказались безуспешными. Однако нельзя считать, что результаты этих опытов окончательно опровергают гипотезу с существовании К — они лишь устанавливают пределы для величины возможной массы К и вероятности рождения К в процессах сильного взаимодействия. Так, в опытах на Серпуховском ускорителе протонов с энергией 70 Гэв, в которых при столкновении протонов с нуклонами (протонами и нейтронами) мишени могли бы рождаться К, если бы их масса не превышала примерно 5 протонных масс (в энергетических единицах ~ 5 Гэв), не было зарегистрировано ни одной частицы с зарядом — 1/3 или — 2/3. Это означает, что масса К, если они существуют, больше 5 Гэв или что вероятность рождения К, если их масса меньше 5 Гэв, по крайней мере в 1010 раз меньше вероятности рождения p-мезонов (которых за время опыта было зарегистрировано > 1010). Поиски К в окружающей среде показали, что если К и существуют, то концентрация их в веществе не превышает 10–18—10–20 от числа нуклонов, а по некоторым данным, этот предел может быть еще меньше (10–24—10–30).   Наряду с гипотезой существования фундаментальных частиц с дробными зарядами выдвигалось предположение о существовании фундаментальных частиц с целыми зарядами (их называют иногда К с целыми зарядами). Для объяснения закономерностей систематики адронов необходимо считать, что имеется несколько супермультиплетов фундаментальных частиц с целыми зарядами (например, 3 семейства по 3 частицы). Попытки их экспериментального обнаружения также оказались безрезультатными.   Лит.: Коккедэ Я., Теория кварков, пер. (с англ.), М., 1971; Физика высоких энергий и теория элементарных частиц, К, 1967.   Л. Г. Ландсберг.