Александр Потупа - Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее

Δ (1232) дельта-три-три 1232 (от 1230 до 1234) 115 (от110 до 120)

………… ……………… ……………… ……………

N (2600) эн-2600 от 2580 до 2700 C 400

Эта таблица требует некоторых пояснений. Во-первых, адронов насчитывается 2–3 сотни. Столь удивительная приблизительность связана с тем, что не все они зарегистрированы с одинаковой долей точности. В полных таблицах элементарных частиц приводится 4 степени регистрации (хорошая; ясная и безошибочная; хорошая, но нуждающаяся в подтверждении; слабая). Наряду с отмеченными в таблицу входят обширные группы мезонов (К, D, F, В, Ψ, ¡ и др.) и барионов (N, Δ, Σ, Ξ, дибарионы). При оценке количества частиц надо иметь в виду, что за некоторыми символами иногда скрывается много частиц. Один из таких случаев явно раскрыт в таблице: π — мезон — это три близких по массе частицы с разными зарядами (π +, π -и π 0). Столько же частиц скрывается за символом? ρ (ρ +, ρ -и ρ 0), а барионный резонанс Δ (1232) — это целых четыре состояния (Δ ++, Δ +, Δ 0и Δ -). В целом, можно сделать вывод, что адроны образуют довольно плотный спектр состояний мезоны в интервале 135-11 000 МэВ, а барионы в интервале 940-3000 МэВ. Во-вторых, следует немного задержать внимание на разделении мезонов и барионов на подклассы стабильных и нестабильных (резонансы). На самом деле единственный абсолютно стабильный адрон — это протон, хотя теоретики не уверены и в этом. Стабильными адронами обычно называют те, которые имеют относительно большое время жизни в ядерном масштабе времен (10 –23 с), то есть распадаются за счет сравнительно малоинтенсивных слабых (π ±, n, Ω -) и электромагнитных (π 0, η)взаимодействий. Резонансы же распадаются очень быстро за счет сильных взаимодействий, и для характеризации этих распадов используют так называемую Γ — ширину, обратно пропорциональную времени жизни (τ = ћ/Γ) [208]. Из-за быстрого распада резонансы обычно не оставляют собственного следа в регистрирующих устройствах, но приводят к вполне определенной перестройке в распределениях непосредственно детектируемых частиц по энергии, главным образом к возникновению пиков в этих распределениях при тех или иных значениях энергии. Пиковые значения энергии и определяются как массы адронных резонансов, а ширина пика («размытость массы резонанса») и есть Γ — ширина.

Все адроны обладают кварковой структурой, и их в какой-то степени можно рассматривать как кварковые атомы или молекулы. Но в отличие от последних силы, связывающие структурные единицы, имеют неэлектромагнитную природу и вообще ведут себя весьма оригинально — нарастают при попытке раздвинуть кварки на большие расстояния. По современным представлениям этот рост межкварковых сил столь эффективен, что «ионизировать» адрон, т. е. расщепить его на отдельные кварки, невозможно. Здесь усматривается принципиальная разница между сложными адронами и такими структурными уровнями вещества, как атомно-молекулярный и даже ядерный. И атомы и ядра сравнительно легко расщепляются на составные части, адрон же представляет собой, по-видимому, первый пример нерасщепляемой структуры.

Вообще-то, в разных типах экспериментов адроны выглядят несколько по-разному. Скажем, в виде набора 2–3 кварков они проявляются при попытке передать им очень большой импульс, по сути — при попытке заглянуть в глубину адрона. Между прочим, даже такой явно составной ядерный объект, как дейтерий (ядро атома тяжелого водорода, в котором протон связан с нейтроном), при жестком просвечивании похож на набор 6 кварков, разумеется, отбросив все случаи развала на протон и нейтрон.

При менее глубоком зондировании (небольших передачах импульса) адрон представляет собой что-то вроде облака плотной материи, размазанного по области пространства радиусом порядка 10–13 см.

Если весьма грубо усреднить известные данные об адронах, эти частицы можно нарисовать примерно так. В глубине адрона находятся два (мезон) или три (барион) так называемых валентных кварка, довольно слабо связанных глюонными силами. Валентные кварки быстро движутся внутри адрона можно сказать, что их кинетическая энергия заметно превышает потенциальную. Однако на больших расстояниях (~10–13 см) глюонные силы резко возрастают и не выпускают кварки наружу (явление конфайнмента (confinement) пленения кварков). Именно валентные кварки и можно увидеть, просвечивая адрон быстрыми электронами, передающими адрону большой импульс и (в силу соотношений неопределенностей) способных глубоко проникнуть в его структуру.

Обнаружение точечных составляющих адрона в опытах такого типа в 1969 году напоминает о знаменитых результатах Резерфорда, который еще в начале века по той же схеме нащупал малое в объеме атома положительно заряженное ядро. Точечные составляющие адронов были названы партонами (от англ, part — часть), и вскоре выяснилось, что по зарядовым свойствам они хорошо соответствуют кваркам. Валентные кварки-партоны окружены морем менее энергичных партонов, которые по мере продвижения к периферии объединяются в пары и тройки, составляя как бы зародыши новых адронов. На периферии адрона зародыши формируют виртуальную шубу, по-видимому, сами немного обрастая собственными «морями». Такие промежуточные между чистым двух-трех-кварковым зародышем и реальным адроном состояния называются виртуальными частицами. Виртуальные частицы чрезвычайно краткоживущие образования и не имеют определенной массы, но по всем своим зарядовым свойствам они похожи на реальные адроны (т. е. можно говорить о виртуальном? — мезоне, К-мезоне, антипротоне и т. п., однако именно л-мезоны играют основную роль в виртуальной шубе).

Можно понимать дело так, что виртуальные частицы — это адроны с неполноценной (недоформированной) собственной шубой, или — по-другому — это адроны, чья шуба здорово ободрана в сверхплотной кварк-глюонной среде [209]. Виртуальный адрон может превратиться во вполне реальный, если исходному адрону сообщить достаточную энергию, чтобы он стряхнул свою шубу. При этом все зародыши или их часть (смотря сколько энергии!) попутно обзаводятся собственными развитыми шубами. По сути, большая интенсивность сильных взаимодействий проявляется в большой вероятности таких превращений в результате столкновений энергичных адронов. Обильное появление новых адронов в соударениях при высоких энергиях (процесс множественного рождения) — одно из интереснейших проявлений микромира.

Изображенная здесь картина — это лишь качественные «штрихи к портрету» адронов. Адрон — капризнейший натурщик, искусно скрывающий свой внутренний мир, требующий особых красок и особой живописной техники и вовсе не укладывающийся в привычные рамки атомных и ядерных образов.