Просмотр кода страницы Кварковая модель

[[Файл:Кварковая модель нуклон-пионного взаимодействия.jpg|thumb|Пион-нуклонное взаимодействие и его простейшая кварковая модель]]

В физике элементарных частиц кварковая модель — классификационная схема [[адрон]]ов с точки зрения их валентных [[кварк]]ов — кварков и [[антикварк]]ов, порождающих [[квантовые числа]] адронов.

Согласно этой модели, все сильно взаимодействующие частицы ([[мезоны]], [[барионы]], [[Резонансы|резонансные частицы]]) состоят из особых «субчастиц» с дробными электрическими зарядами — [[кварк]]ов трёх типов, а также соответствующих [[Античастица|античастиц]] ([[антикварк]]ов).

Кварковая модель описывает известные адроны как составленные из свободных (валентных) [[кварк]]ов и/или антикварков, крепко связанных [[сильное взаимодействие|сильным взаимодействием]], которое переносится [[глюон]]ами. В каждом адроне также содержится «море» виртуальных кварк-антикварковых пар.

Кварковая [[Математическая модель|модель]] предсказывала, что при [[Аннигиляция|аннигиляции]] высокоэнергетических [[электрон]]а и [[позитрон]]а будут рождаться не сами адроны, а сначала пары кварк-антикварк, которые потом уже превращаются в адроны. Результат расчёта течения такого процесса напрямую зависел от того, каков заряд рождённых кварков. Эксперимент полностью подтвердил эти предсказания{{sfn|Введение в кварки и партоны|1982|с=246}}.

[[Пайерлс, Рудольф Эрнст|Р. Пайерлс]] относит кварковую модель элементарных частиц после её появления к феноменологическим моделям, второму типу [[Математическая модель|математических моделей]]<ref>''Реierls R.'' Model-Making in Physics. — Contemp. Phys., January/February 1980, v. 21, pp. 3-17; Перевод: ''Пайерлс Р.'', Построение физических моделей, УФН, 1983, № 6.</ref>. После кварковая модель постепенно переходила в разряд гипотез.

Кварковая модель с позиций взаимодействия кварков между собой при помощи глюонов хорошо объясняет расщепление масс между членами декуплета <math>\Delta^{-} - \Sigma^{-} - \Xi^{-} - \Omega^{-}</math>{{sfn|Введение в кварки и партоны|1982|с=369}}.

Кварковая модель хорошо объясняет расщепление масс между [[Ξ-барионы|<math>\Xi^{-} - \Xi^{0}</math>]]{{sfn|Введение в кварки и партоны|1982|с=379}}.

Кварковая модель предсказывает для отношения магнитных моментов [[протон]]а и [[нейтрон]]а величину <math>\frac{\mu_{P}}{\mu_{N}}=-\frac{3}{2},</math> что находится в хорошем соответствии с экспериментальным значением −1,47. Для отношения магнитных моментов [[гиперон]]а и протона теория кварков предсказывает величину <math>\frac{\mu_{\Lambda}}{\mu_{P}}=-\frac{1}{3}</math>, что также находится в хорошем соответствии с экспериментальным значением {{nobr|−0,29 ± 0,05}}{{sfn|Теория кварков|1971|с=116}}.

Исторически [[барионное число]] было определено задолго до того, как установилась сегодняшняя кварковая модель.

Из кварковой модели ясно, что [[каон]]ы формируют два [[изоспин]]овых дублета; то есть они принадлежат к [[фундаментальное представление|фундаментальному представлению]] группы [[SU(2)]], называемому '''2'''. Один дублет со странностью +1 и изоспином +1/2 содержит K<sup>+</sup> и K<sup>0</sup>. Античастицы формируют второй дублет со странностью −1 и изоспином −1/2.

Для описания внутренних свойств адронов требуются непертурбативные подходы. Среди них есть и разнообразные локальные и нелокальные кварковые модели, основанные как на квантовой хромодинамике, так и на феноменологии. Данная модель, модель типа Намбу-Йона-Лазинио (в ней исключены глюоны), получила развитие и позволила описать свойства скалярных, псевдоскалярных и векторных мезонов, включая их основные состояния, а также первые радиальные возбуждения. На её основе были предсказаны массы скалярных мезонов, массы первых радиальных возбуждений псевдоскалярных и векторных мезонов.<ref>{{cite web|url=http://old.elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/21/Adrony_ocharovannye_mezony_i_poiski_kvark_glyuonnoy_plazmy|title=Адроны, очарованные мезоны и поиски кварк-глюонной плазмы|author=|date=|website=old.elementy.ru|accessdate=2017-12-27}}</ref>

[[Левин, Евгений Маркович|Евгений Левин]] и Леонид Франкфурт развили идею<ref>{{cite web|url=http://www.slac.stanford.edu/spires/find/hep/www?irn=89133|title=«The Quark hypothesis and relations between cross-sections at high-energies.»|author=|date=|website=stanford.edu|accessdate=2017-12-27}}{{Недоступная ссылка|date=Июль 2018 |bot=InternetArchiveBot }}</ref> конституэнтной [[кварковая модель|кварковой модели]] для [[адрон]]ов. Данная модель была с успехом подтверждена экспериментально.

После экспериментального обнаружения [[скейлинг Бьоркена|скейлинга Бьоркена]], подтверждения кварковой модели и [[асимптотическая свобода|асимптотической свободы]] в [[квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамике]], [[Партон (частица)|партоны]] были отождествлены с [[кварк]]ами и [[глюон]]ами, составляющими адроны.

Не[[кварк]]овые модели [[мезон]]ов включают в себя [[экзотические мезоны]], которые имеют набор [[квантовое число|квантовых чисел]], невозможный в рамках кварковой модели. Обычно каждый мезон в рамках кварковой модели появляется в виде [[SU(3)]] [[Аромат (физика)|ароматического]] [[нонет]]а — [[октет]] и ароматический синглет. Оказывается, что глюбол — дополнительная частица вне нонета. Вопреки кажущейся простоте счета определение любого полученного состояния как глюбола, тетракварка или гибридного мезона остается неясным и умозрительным даже сегодня. Даже когда существует согласие о том, что одно из нескольких состояний является одним из таких мезонов за рамками кварковой модели, степень смешивания и точная классификация связаны с неопределённостями. Также проводится значительная экспериментальная работа для определения квантовых чисел каждого состояния и проверки точности полученных результатов. В итоге все определения за рамками кварковой модели являются неопределенными и умозрительными. Ниже рассматривается подробнее ситуация на конец [[2004 год]]а.

; Кандидат на классификацию как глюбол
'''f<sub>0</sub>(1370)''' и '''f<sub>0</sub>(1500)''' не могут являться мезонами в рамках кварковой модели, поскольку один из них — дополнительная частица к мезонному нонету. Рождение состояния с большей массой в 2 [[фотон]]ных реакциях, таких, как реакции '''2γ → 2π''' или '''2γ → 2K''', не наблюдается. Распады также дают некоторые основания полагать, что один из них является глюболом.

== История ==
[[Саката, Сёити|Сёити Саката]] предложил [[модель Сакаты]], предшествующую [[кварковая модель|кварковой модели]].

Кварковая модель была независимо предложена физиками [[Гелл-Манн, Мюррей|М. Гелл-Манном]]<ref name="Gell-Man1964">
{{статья
|заглавие=A Schematic Model of Baryons and Mesons
|издание={{Нп3|Physics Letters}}
|том=8
|номер=3
|страницы=214—215
|doi=10.1016/S0031-9163(64)92001-3
|bibcode=1964PhL.....8..214G
|язык=en
|автор=M. Gell-Mann
|год=1964
|тип=journal}}</ref> и [[Цвейг, Джордж|Дж. Цвейгом]]<ref name="Zweig1964a">
{{статья
|заглавие=An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking
|издание=CERN Report No.8182/TH.401
|ссылка=http://cds.cern.ch/record/352337/files/CERN-TH-401.pdf
|язык=en
|тип=journal
|автор=G. Zweig
|год=1964}}</ref><ref name="Zweig1964b">
{{статья
|заглавие=An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II
|издание=CERN Report No.8419/TH.412
|ссылка=http://lib-www.lanl.gov/la-pubs/00323548.pdf
|язык=en
|тип=journal
|автор=G. Zweig
|год=1964}}</ref> (см. также<ref>{{статья |doi=10.1016/0029-5582(65)90348-2 |заглавие=Propriétés de l'étrangeté et une formule de masse pour les mésons vectoriels |издание=Nuclear Physics |том=63 |номер=2 |страницы=349 |bibcode=1965NucPh..63..349P |язык=fr |тип=magazine |автор=Petermann, A. |год=1965}} which gingerly touched upon the central ideas, without quantitative substantiation; [http://arxiv.org/pdf/1412.8681.pdf]</ref>) в 1964 году. В том числе существование [[d-кварк]]ов впервые было предсказано в [[1964]] г., когда [[Гелл-Манн]] и [[Цвейг, Джордж|Цвейг]] разработали [[кварковая модель|кварковую модель]].

В кварковой модели частица Δ<sup>++</sup>(1232) составлена из трех '''u'''-кварков со [[спин]]ами, ориентированными в одном направлении, причем [[орбитальный момент]] их относительного движения равен нулю. Все три [[кварк]]а в таком случае должны находиться в одном и том же [[Состояние (квантовая механика)|квантовом состоянии]], а так как кварк является [[фермион]]ом, подобная комбинация запрещается [[принцип исключения Паули|принципом исключения Паули]]<ref>{{cite web|url=http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/quarks/index.html|title=Кварковая модель адронов|author=|date=|website=nuclphys.sinp.msu.ru|accessdate=2017-12-27}}</ref>. В [[1965 год]]у [[Боголюбов, Николай Николаевич|Н. Н. Боголюбов]], [[Струминский, Борис Владимирович|Б. В. Струминский]] и А. Н. Тавхелидзе<ref>N. Bogolubov, B. Struminsky, A. Tavkhelidze. [[ОИЯИ|JINR]] Preprint D-1968, [[Дубна|Dubna]] 1965.</ref>, и также {{не переведено|:en:Moo-Young Han|Хан Мо Ён}}<!-- попробуем наудачу --> совместно с [[Намбу, Йоитиро|Йоитиро Намбу]]<ref>M. Y. Han and Y. Nambu, Phys. Rev. 139, B1006 (1965).</ref> и {{не переведено|:en:Oscar W. Greenberg|Гринберг, Оскар|О. Гринберг}})<!-- а не У.? --> независимо друг от друга решили эту проблему, предположив, что [[кварк]] обладает дополнительными [[Степени свободы (физика)|степенями свободы]] [[Калибровочная инвариантность|калибровочной]] [[группа (математика)|группы]] [[специальная унитарная группа|SU(3)]], позже названными «цветовыми зарядами». На необходимость приписать кваркам дополнительное число было указано [[Струминский, Борис Владимирович|Б. В. Струминским]] в препринте от 7 января 1965 года<ref>[[Струминский, Борис Владимирович|Б. В. Струминский]], Магнитные моменты барионов в модели кварков. ОИЯИ-Препринт P-1939, 1965.</ref><ref>F. Tkachov, [http://arxiv.org/abs/0904.0343 A contribution to the history of quarks: Boris Struminsky’s 1965 JINR publication]</ref>.
Результаты работы Н. Н. Боголюбова, Б. Струминского и А. Н. Тавхелидзе были представлены в мае 1965 года на международной конференции по теоретической физике в [[Триест]]е<ref>A. Tavkhelidze. Proc. Seminar on High Energy Physics and Elementary Particles, Trieste, 1965, Vienna IAEA, 1965, p. 763.
</ref>. Йоитиро Намбу представил свои результаты осенью 1965 года на конференции в США<ref>[http://www.inr.ru/tavkhelidze/cvet.html К вопросу об открытии квантового числа «ЦВЕТ»] на сайте ИЯИ РАН.</ref><ref>{{cite web|url=http://www.inr.ru/tavkhelidze/index.html|title=ИЯИ РАН - страница академика А.Н.Тавхелидзе|author=|date=|website=www.inr.ru|accessdate=2017-12-27}}</ref>.
Хан и Намбу отметили, что кварк взаимодействует через октет [[Вектор (математика)|векторных]] [[Калибровочная инвариантность|калибровочных]] [[бозон]]ов, названных [[глюон]]ами ({{lang-en|glue}} «клей»).

Вскоре кварки были признаны основополагающими элементарными объектами, из которых состоят адроны. Современная теория взаимодействия кварков называется [[квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамикой]] (КХД) и основывается на работах М. Гелл-Мана. Кварковая модель является частью КХД и оказалась достаточно прочной, чтобы пережить открытие кварковых [[аромат (физика)|ароматов]].

Термин «[[Аромат (физика)|аромат]]» впервые появился в кварковой модели адронов в 1970 году.

Кварковая модель была признана физическим сообществом в 1976 году<ref>{{cite web|url=http://old.elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432333/Kvarkam_polveka|title=Кваркам — полвека|author=|date=|website=old.elementy.ru|accessdate=2017-12-27}}</ref>.

== Трёхкварковая модель ==
Стандартная кварковая модель (также называется наивной кварковой моделью и кварковой моделью Гелл-Манна — Цвейга<ref>{{cite web|url=http://old.elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433092/Pentakvarki|title=Пентакварки|author=|date=|website=old.elementy.ru|accessdate=2017-12-27}}</ref>): данная модель предусматривает, что барион состоит из трёх так называемых валентных [[кварк]]ов и из «моря» виртуальных кварк-антикварковых пар и виртуальных глюонов. [[Пентакварк]]и не рассматриваются. Адроны, не вписывающиеся в рамки этой модели, называются экзотическими<ref>{{cite web|url=http://old.elementy.ru/LHC/HEP/experiments/quark_model|title=Классификация адронов|author=|date=|website=old.elementy.ru|accessdate=2017-12-27}}</ref>.

== Состояния вне кварковой модели ==
Несмотря на то, что кварковая модель выводится из теории [[квантовая хромодинамика|квантовой хромодинамики]], структура [[адрон]]ов более сложна, чем учитывает эта модель. Полная [[квантовая механика]] [[волновая функция|волновой функции]] любого адрона должна включать [[Виртуальная частица|виртуальные]] пары кварков, а также виртуальные [[глюоны]], и допускает множество смешений. Могут быть адроны, которые лежат вне кварковой модели. Среди них ''[[глюоний|глюнии]]'' (которые содержат только [[Валентность (физика)|валентные]] глюоны), «гибриды»(которые содержат валентные кварки, а также глюоны) и «[[экзотический адрон|экзотические адроны]]» (такие как [[тетракварк]]и или [[пентакварк]]и).

== См. также ==
* [[Мезон]]
* [[S-кварк]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга
 | автор = Клоуз Ф.
 | заглавие = Введение в кварки и партоны
 | место = М.
 | издательство  = [[Мир (издательство)|Мир]]
 | год = 1982
 | страниц = 438
 | ref = Введение в кварки и партоны
 }}
* {{книга
 | автор = Коккедэ Я.
 | заглавие = Теория кварков
 | место = М.
 | издательство  = [[Мир (издательство)|Мир]]
 | год = 1971
 | страниц = 341
 | ref = Теория кварков
 }}
* {{статья
|ссылка=http://pdg.lbl.gov/2004/reviews/quarkmodrpp.pdf
|заглавие=Review of Particle Physics
|издание={{Нп3|Physics Letters|Physics Letters B||Physics Letters}}
|том=592
|страницы=1
|doi=10.1016/j.physletb.2004.06.001
|arxiv=astro-ph/0406663
|bibcode=2004PhLB..592....1P
|язык=en
|автор=S. Eidelman  [[Particle Data Group]] et al.
|год=2004
|тип=journal}}
* {{Cite book | isbn = 978-1483242729 | title = Unitary Symmetry and Elementary Particles | last1 = Lichtenberg | first1 = D B | year = 1970 | publisher = Academic Press  | pages =  }}
* Thomson, M A (2011), [http://www.hep.phy.cam.ac.uk/~thomson/partIIIparticles/handouts/Handout_7_2011.pdf  Lecture notes]
* {{cite book
 |author=J.J.J. Kokkedee
 |year=1969
 |title=The quark model
 |publisher=[[W. A. Benjamin]]
 |asin=B001RAVDIA
}}

== Ссылки ==
* [http://arxiv.org/abs/hep-ph/0211411 hep-ph/0211411: Лёгкие скалярные мезоны согласно кварковой модели].

{{Particle-stub}}

[[Категория:Кварки]]