что такое кварковая материя
Кварковая материя
Кварк-глюо́нная пла́зма (хромопла́зма) — состояние вещества в физике высоких энергий и физике элементарных частиц, при котором адронное вещество переходит в состояние, аналогичное состоянию, в котором находятся электроны и ионы в обычной плазме.
Обычно вещество в адронах находится в так называемом бесцветном («белом») состоянии. То есть, кварки различных цветов компенсируют друг друга. Аналогичное состояние есть и у обычного вещества — когда все атомы электрически нейтральны, то есть, положительные заряды в них компенсированы отрицательными. При высоких температурах может происходить ионизация атомов, при этом заряды разделяются, и вещество становится, как говорят, «квазинейтральным». То есть, нейтральным остаётся всё облако вещества в целом, а отдельные его частицы нейтральными быть перестают. Точно так же, по-видимому, может происходить и с адронным веществом — при очень высоких энергиях, цвет выходит на свободу и делает вещество «квазибесцветным».
Предположительно, вещество Вселенной находилось в состоянии кварк-глюонной плазмы в первые мгновения после Большого Взрыва. Сейчас кварк-глюонная плазма может на короткое время образовываться при соударениях частиц очень высоких энергий.
Истинный раствор • Коллоид • Грубодисперсная система • Свободнодисперсная коллоидная система (дым, золь)
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Кварковая материя» в других словарях:
Кварковая звезда — Кварковая звезда гипотетическое астрономическое тело, состоящее из так называемой «кварковой материи»[1]. Считается, что такие звёзды занимают промежуточное место между нейтронными звёздами и чёрными дырами. Пока не ясно, является ли… … Википедия
Вильчек, Фрэнк — Фрэнк Вильчек Frank Wilczek … Википедия
Вильчек, Франк — Фрэнк Вильчек Frank Wilczek Выдающийся американский учёный физик, лауреат Нобелевской премии (2004) Дата рождения: 15 мая 1951 (58 лет) Место рождения: Нью Йорк, США Научная сфера … Википедия
Вильчек Ф. — Фрэнк Вильчек Frank Wilczek Выдающийся американский учёный физик, лауреат Нобелевской премии (2004) Дата рождения: 15 мая 1951 (58 лет) Место рождения: Нью Йорк, США Научная сфера … Википедия
Вильчек Фрэнк — Фрэнк Вильчек Frank Wilczek Выдающийся американский учёный физик, лауреат Нобелевской премии (2004) Дата рождения: 15 мая 1951 (58 лет) Место рождения: Нью Йорк, США Научная сфера … Википедия
Франк Вилчек — Фрэнк Вильчек Frank Wilczek Выдающийся американский учёный физик, лауреат Нобелевской премии (2004) Дата рождения: 15 мая 1951 (58 лет) Место рождения: Нью Йорк, США Научная сфера … Википедия
Фрэнк Вильчек — Frank Wilczek Выдающийся американский учёный физик, лауреат Нобелевской премии (2004) Дата рождения: 15 мая 1951 (58 лет) Место рождения: Нью Йорк, США Научная сфера … Википедия
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ — Введение. Э. ч. в точном значении этого термина первичные, далее неразложимые ч цы, из к рых, по предположению, состоит вся материя. В совр. физике термин «Э. ч.» обычно употребляется не в своём точном значении, а менее строго для наименования… … Физическая энциклопедия
Элементарные частицы — Введение. Э. ч. в точном значении этого термина первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. В понятии «Э. ч.» в современной физике находит выражение идея о первообразных сущностях,… … Большая советская энциклопедия
Белый карлик — У этого термина существуют и другие значения, см. Белый карлик (значения). Белые карлики проэволюционировавшие звёзды с массой, не превышающей предел Чандрасекара (максимальная масса, при которой звезда может существовать как белый карлик) … Википедия
Колыбель для страпельки
Как известно, из-за продолжающейся эпидемии затягивается ремонт и откладывается запуск Большого Адронного Коллайдера. Еще не так давно, в середине 2010-х, работа этого грандиозного ускорителя частиц позволившего в 2012 году обнаружить бозон Хиггса и достроить Стандартную модель, могла сравниться по масштабу только с открытием гравитационных волн. Два этих события настолько органично дополняли друг друга и отмечали как один из последних кирпичиков в здании Старой Физики, так и один из первых в основании Новой, что почти незаметным осталось одно экзотическое звено, связывающее эти открытия. Это звено – таинственная странная материя, возможное существование которой обсуждалось еще в 1980-е. Возникновение мельчайших частиц подобной материи (страпелек, о которых мы здесь еще поговорим) было серьезным поводом для беспокойства еще на этапе конструкции БАК. Кроме того, коллаборация LIGO, впервые зафиксировавшая гравитационные волны при столкновении двух черных дыр, также открыла и события другого рода: столкновения нейтронных звезд и столкновение черной дыры с нейтронной звездой с поглощением последней. Именно при таких столкновениях нейтронные звезды заметно деформировались. Это и позволяет предположить, что на самом деле нейтронные звезды не однородны, а имеют слоистую структуру, как, впрочем, уже предполагалось ранее. Вещество, находящееся внутри нейтронных звезд, не может быть похоже ни на один материал, известный нам из повседневного опыта. Согласно традиционной точке зрения, нейтронная звезда представляет собой буквально «огарок» от обычной звезды, «при жизни» сравнимой по массе с Солнцем. Поскольку такая звезда должна состоять не из атомов, а из максимально плотно прилегающих друг к другу нейтронов, предполагается, что это и есть максимально плотное вещество во Вселенной, «чайная ложка которого весит как гора Эверест». Но именно факт сжатия двух нейтронных звезд при столкновении дал новый толчок к исследованию странной материи.
Нейтронные звезды
Привычная нам материя состоит из нуклонов — атомных ядер с различной массой, зависящей от количества протонов и нейтронов в ядре. Протоны и нейтроны (нуклоны) удерживаются в компактном виде благодаря сильному ядерному взаимодействию. Это же взаимодействие, сохраняющееся в масштабах атомного ядра, отвечает за целостность самих нуклонов. Нуклоны состоят из кварков и глюонов – элементарных частиц, близких по природе к электронам (и кварки, и электроны относятся к классу фермионов). Тем не менее, в свободном виде, вне нуклонов, кварки в привычных нам условиях не встречаются, и это принципиальный момент. Получить свободный кварк в лаборатории невозможно, как невозможно получить магнит с одним полюсом. Явление неразрывной связи между кварками, проиллюстрированное ниже, называется «конфайнмент» (дословно: «удержание» или «невылетание»).
Считается, что нейтронные звезды состоят из одних нейтронов именно в силу действия гравитации: сплющивающиеся атомы теряют электроны, затем протоны превращаются в нейтроны. В результате получается звезда размером с город (книга Сергея Попова с аналогичным подзаголовком – один из наиболее интересных русскоязычных текстов о нейтронных звездах). Первыми из нейтронных звезд были открыты пульсары – это звезды, испускающие периодические импульсы в радиодиапазоне. Впервые пульсары были обнаружены в 1967 году и даже приняты за источники радиосигналов внеземного происхождения.
Но также не исключено, что при колоссальных давлениях внутри нейтронной звезды материя продолжает видоизменяться и далее, и отдельные кварки, отцепившись от нейтронов, могут существовать в свободном состоянии. Такая субстанция называется «кварк-глюонная плазма» или «кварковый суп». В 2018 году капельки кварк-глюонной плазмы впервые удалось получить экспериментально. Предполагается, что она могла существовать в первые миллисекунды после Большого Взрыва, а также, что такая материя может образовываться при столкновениях нейтронных звезд.
Коллайдер и страпелька
Напомню, что слово «коллайдер» происходит от английского слова «collide» со значением «сталкиваться». Действительно, этот ускоритель частиц рождает новые частицы, получающиеся при столкновениях других элементарных частиц. Экзотичность этих частиц и (в принципе) материи, образующейся в коллайдере, теоретически не ограничена ничем кроме энергии столкновения (измеряется в гигаэлектронвольтах, ГэВ) – а свойства этой материи могут быть разнообразными вплоть до непредсказуемости.
Еще в 2008 году вышел обширный научный отчет под названием «Review of the safety of LHC collisions» (Обзор факторов, связанных с опасностью столкновений в БАК). В этом документе рассмотрено, чем столкновения частиц в коллайдере отличаются от взаимодействий частиц в космических лучах, и, в частности, почему в подобном ускорителе не должны возникать макроскопические черные дыры и страпельки.
Страпелька — объект до сих пор не обнаруженный, но настолько интересный и потенциально фатальный, что здесь я расскажу о нем подробнее. Страпелька – это образец «странной материи», микросгусток вещества, состоящего из странных кварков. Термин происходит от английского «strangelet» (strange + droplet, «странный + капля»), и в русскоязычной литературе, в частности, в этой работе С. Б. Шаулова, до сих пор встречается перевод «странглет». Тем не менее, к настоящему времени больше прижился перевод «страпелька» (странная + капелька), придуманный в 2005 году астрофизиком Сергеем Поповым.
Вот как рассказано о странной материи в рассматриваемом источнике:
Обычная материя, из которой состоим мы, а также все наблюдаемые объекты во Вселенной, слагается из двух самых легких видов кварков – верхних (up) и нижних (down). Более тяжелые и нестабильные кварки были открыты при столкновениях частиц в космических лучах, а также в ускорителях частиц, причем, самый легкий кварк из этой второй категории называется странным (strange). Частицы, содержащие странные кварки, синтезируются в лабораториях уже не одно десятилетие. Такие частицы распадаются за время порядка наносекунд или менее. Столь малые сроки жизни обусловлены слабым взаимодействием, также лежащим в основе явления радиоактивности. Также удавалось наблюдать нестабильные частицы, содержащие два или три странных кварка. Было продемонстрировано, что частицы, содержащие один странный кварк, могут связываться с обычной материей, образуя так называемые «гипероны», которые, опять же, распадаются в пределах нескольких наносекунд.
Таким образом, странная квантовая материя – гипотетическое состояние вещества, в котором количество верхних, нижних и странных кварков примерно равно. Гипотетические микросгустки, состоящие только из странных кварков и имеющие массы, сравнимые с массой нуклонов, принято называть «страпельками» («странными капельками»). Если страпельки и существуют, то сроки их жизни, вероятно, также не превышают порядка наносекунды.
Чрезвычайная опасность страпельки заключается в том, что, вступив в контакт с обычной материей, она может спровоцировать превращение всех окружающих ее кварков в странные и, соответственно, лавинообразный переход всей материи в странную. Таким образом, страпелька напоминала бы воннегутовский лед-девять.
К настоящему времени никаких доказательств существования страпельки не зафиксировано. Страпельки не удалось найти в лунном грунте, где они могли бы присутствовать в следовых количествах как результат бомбардировки космическими лучами. В принципе предполагается, что страпельку можно получить слиянием гиперонов или дистилляцией кварк-глюонной плазмы.
Существует объективный способ дистанционно отличить подлинно странную звезду от нейтронной. Согласно теоретическому сравнению свойств нейтронных и странных звезд, которое систематизировано в таблице 1 здесь, энергия на барион у нейтронной звезды должна составлять более 930 МэВ, а у странной звезды быть примерно равной или меньшей 930 МэВ. Таким образом, если в ядре звезды началось спонтанное превращение обычной материи в странную, эта звезда должна постепенно остывать и казаться холодной на фоне аналогичных звезд (в частности, пульсаров). Остывание звезды должно происходить в том числе и потому, что энергия тратится на преобразование материи из обычной в странную.
На этой иллюстрации приведены тепловые карты трех типичных пульсаров (сверху) и пульсара 3C58 (снизу). Его расчетная температура должна составлять около 1,5 млн градусов Цельсия, но не дотягивает и до 1 млн. Такая аномалия может объясняться образованием странной материи в недрах 3C58.
Заряд и стабильность странной материи
Катастрофические эффекты, связанные с неограниченным ростом страпельки, могут возникать именно при отрицательном заряде страпельки, поскольку в таком случае она начала бы поглощать положительно заряженные протоны. Но, поскольку наиболее вероятно, что страпелька заряжена положительно, а странная звезда – отрицательно, реалистичным представляется следующий сценарий: превращению ядерной материи в кварковую препятствует кулоновский барьер электрона, равный 9 МэВ и достаточный, чтобы положительно заряженная страпелька не вошла в контакт с обычной материей. Именно в недрах нейтронных звезд это ограничение не действует, так как там отсутствуют электроны, и условия (среда, состоящая из нейтронов + огромное давление) располагают к переходу обычной материи в кварковый суп и далее в странную материю по мере накопления в ней странных кварков.
Заключение
Завершая эту статью, отмечу, что совсем недавно (2019-2020 годы) было доказано, что обычная материя активно взаимодействует со странной, то есть, в лабораторных условиях можно получать не только гипероны, но и гибридные ядра, в состав которых входят протоны, нейтроны и гиперон. В 2012 году был обнаружен гиперводород, теоретически предсказанный в 1964 году. Ядро этого элемента состоит из четырех нейтронов, одного протона и лямбда-гиперона. Также были получены ядра гипертритона – модифицированного трития. В таком ядре вместо протона и трех нейтронов содержится протон, два нейтрона и лямбда-гиперон. Возможно, ядерные реакции именно такого рода осуществимы между обычными ядрами и материей из недр нейтронной звезды. Таким образом, остается вероятность, что удастся не только обнаружить, но и искусственно получить, и безопасно исследовать материю, состоящую только из странных кварков – а затем сделать выводы о том, что именно происходит внутри нейтронных звезд, и почему остывают пульсары.
«Хорошо, что кварки связаны». Ученые рассказали о субатомном оружии
МОСКВА, 3 авг — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Теоретики полагают, что во Вселенной существует кварковое вещество. Оно образует звезды, блуждает по космосу, достигая Земли в виде страпелек, на мгновение возникает в ускорителях. Найдется ли кваркам и энергии их взаимодействия практическое применение — в материале РИА Новости.
Пруд во Вселенной
Все, что мы видим вокруг — почва, деревья, животные, люди, — на базовом уровне состоит из кварков. И у них очень необычные свойства.
Кварки не существуют по отдельности, а образуют агрегаты, например, протоны и нейтроны в ядрах обычного вещества. Между собой кварки связаны чудовищными силами, разорвать которые нельзя.
Кварки — массивные частицы. Массу им придает вакуумный конденсат, равномерно заполняющий все пространство.
«Вакуум — это наша среда обитания, в которую мы все погружены. Раньше считали, что пространство абсолютно пустое. Теперь поняли: так не бывает. Пространство всегда чем-нибудь заполнено. Его можно очистить от посторонних частиц, но не до конца. Что-то в любом случае остается, в том числе хиггсовский, глюонный конденсаты», — рассказывает доктор физико-математических наук Сергей Баранов, ведущий научный сотрудник лаборатории взаимодействия излучения с веществом ФИАН.
Вакуумные конденсаты равномерно разлиты в пространстве, словно вода в пруду, приводит аналогию ученый. Когда вода спокойная, мы ее не замечаем. Подул ветер — пошла волна, которую мы и наблюдаем.
У кварков ненулевой «коэффициент вязкости» в хиггсовском конденсате, а также есть цветовой заряд, благодаря которому они «цепляются» за глюонный конденсат. Поэтому их масса складывается из двух источников.
Кварки неделимы, их по праву можно назвать истинными кирпичиками мироздания. Стандартная модель описывает шесть типов кварков в трех поколениях. Самый тяжелый — топ-кварк — смогли обнаружить только в мощнейших ускорителях (Теватрон, БАК).
Можно ли расщепить кварки
Кварки и глюонный конденсат взаимодействуют благодаря особой характеристике — цвету. Конечно, это совсем не то, что мы называем цветом в нашей реальности.
«Цветной заряд похож на электрический, только сложнее устроен. Силовые электрические линии располагаются гуще или реже — в зависимости от расстояния до носителя заряда. У цветного заряда картина иная. Все силовые линии стянуты в узкий шнурок, соединяющий два цветных заряда. Толщина у него постоянная. Это означает, что напряжение поля между зарядами не меняется с расстоянием. Строго говоря, разъединить кварки нельзя, потому что нужно затратить бесконечную энергию», — поясняет Баранов.
Однако природа устроена более хитро. В ускорителе кварки растягивают связывающий их силовой шнурок, и в какой-то момент он просто рвется, потому что так энергетически выгоднее. При этом на концах шнурков образуются новые кварки с массой, равной затраченной на разрыв энергии. И возникает всегда тоже пара — на цветном шнурке. Это называется конфайнментом.
Конфайнмент ставит крест на кварковой бомбе. Расщепить кварковые агрегаты и запустить цепную реакцию их распада с выделением энергии, по аналогии с ядерным распадом, нельзя.
«Энергия в кварках не запасается, а превращается во множество родившихся в этом столкновении частиц. Пока это игрушки для ума, от которых практической выгоды не видно», — заключает Сергей Баранов.
Кварковый термояд
Что если рассмотреть не распад кварков, а их синтез? Согласно опубликованной в Nature статье физиков из Израиля и США, слияние двух странных кварков (так называют одну из их разновидностей) с образованием дикварка сопровождается выходом энергии 12 мегаэлектронвольт. Это чуть меньше, чем при слиянии ядер дейтерия и трития с образованием ядра гелия — реакции, используемой в водородной бомбе. Слияние двух более тяжелых B-кварков даст 138 мегаэлектронвольт.
Однако кварковый синтез слишком стремителен, чтобы успеть его куда-то упаковать или как-то удержать.
«Если кидать в кварковое вещество обычное, то оно превратится в кварковое, причем с выделением энергии. Часть унесет нейтрино, часть пойдет в тепло», — рассуждает доктор физико-математических наук Сергей Попов, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.
И добавляет, что совсем поглотить наш мир кварковое вещество не сможет. Оно заряжено положительно, как и атомные ядра. Следовательно, заряд будет накапливаться, и кварковое пожирание материи в какой-то момент затормозится.
«От заряда придется избавляться. Можно, в принципе, придумать как. Почему бы и нет? Ученые пытаются обсуждать даже, как черпать энергию из расширяющейся Вселенной. Мы не знаем, реализуется ли такой процесс в природе, удастся ли им манипулировать. Но понимая, что проблемы технические, а не фундаментальные, я не могу не допустить эту идею в фантастическом романе», — говорит ученый.
Пульс звезд
Гипотезу о кварках выдвинули в 1964 году американские ученые. Уже через год советские физики Дмитрий Иваненко и Дмитрий Курдгелаидзе предположили, что при некоторых условиях кварки могут существовать по отдельности (произойдет деконфайнмент). Следовательно, они способны образовывать вещество и звезды. Попытки найти в космосе такие объекты пока не увенчались успехом, однако это не значит, что их нет.
«Возможно, какие-то из нейтронных звезд — кварковые с тоненькой оболочкой обычного вещества», — объясняет Сергей Попов.
Нейтронные звезды очень плотные. Их радиус — всего десятки километров. Не исключено, что внутренняя часть состоит из отдельных кварков. Теоретически возможны и целиком кварковые звезды с радиусом шесть-восемь километров.
«Если сближать нейтроны, произойдет обобществление кварков, образуется кварковое ядро во внутренней части звезды. В разных моделях такие ядра возникают. Но на нынешней стадии развития наблюдательной астрофизики ни подтвердить, ни опровергнуть это нельзя», — уточняет Олег Теряев.
Ещё дальше в микромир: кварки
Когда ядро кувалдой разбиваешь,
Добыть пытаясь в нём какой-нибудь нейтрон —
Оттуда вдруг со страшным скрипом выползает
Частица анти-сигма-минус-гиперон.
Из физфаковской песни
Эта статья для тех, кто читал про элементарные частицы и ядерные реакции в «Квантиках» № 8 и № 9 за 2019 г. Раз вы уже так много узнали, нужно признаться вам ещё кое в чём. До сих пор у нас так получалось, что всё на свете состоит из протонов, нейтронов (объединённых в атомные ядра) и электронов. И это правда — почти. Всё вещество, с которым мы привыкли иметь дело, всё, что мы видим вокруг, действительно именно из них и состоит. Но всё же это не единственные на свете виды элементарных частиц. Если хорошенько поискать, найдутся и другие. И этих видов очень много! Если очень сильно стукнуть по ядру «кувалдой», оттуда элементарные частицы так и посыпятся. Всякие-разные мезоны, гипероны, совсем недолго живущие резонансы. Откуда они все берутся в ядре, если их там не было? И как стукнуть по ядру кувалдой? Точнее, что взять вместо кувалды, чтобы по такому маленькому ядру попасть?
Такие установки, в которых разгоняются заряженные частицы (можно и электроны разгонять, не обязательно протоны), называются ускорителями. А установки, в которых разогнанные частицы сталкиваются друг с другом, называются ускорителями на встречных пучках, или коллайдерами: to collide по-английски — ‘сталкиваться’.
Ну хорошо, стукнем мы очень сильно протоном по антипротону (или по протону или нейтрону в ядре) — что же при этом произойдёт? А вот что: во все стороны полетит куча протонов, антипротонов и новых, незнакомых нам пока частиц. Откуда они все там взялись? Ответ такой: родились.
Мы привыкли к закону сохранения массы: материя просто исчезнуть не может. Если игрушка пропала — значит, она или её обломки лежат где-нибудь под шкафом. Даже если вода из стакана исчезла, мы понимаем, что она испарилась, и масса водяных паров в воздухе увеличилась на столько же, на сколько уменьшилась масса воды. Закон сохранения массы прекрасно работает в окружающей нас природе, но не годится, когда скорости близки к скорости света.
Чтобы породить при столкновении новую пару протон-антипротон, надо разогнать уже имеющиеся частицы «батарейкой» напряжением в миллиард (!) вольт. Пару электрон-позитрон породить гораздо легче, ведь они в 2000 раз легче протона — поэтому хватит «батарейки» в полмиллиона вольт. Самый мощный из существующих Большой адронный коллайдер на границе Швейцарии и Франции имеет «разгонную батарейку» напряжением в 7 тысяч миллиардов вольт! Так что при столкновении рождаются не одна-две, а сотни и тысячи частиц.
Некоторые из них легче протонов, другие — во много раз тяжелее. Одни заряжены, другие нет. Их открыто уже больше 300. Но все частицы, из которых состоит материя, кроме уже известных нам протонов, электронов и их античастиц, да ещё нескольких совсем-совсем легких, — нестабильны, то есть распадаются (превращаются во что-то другое) через короткое время. Для нейтрона это время, как вы, может быть, помните из прошлой статьи, около 15 минут. Для всех остальных частиц — намного меньше, это крошечные доли секунды.
Но как же теперь быть? Только мы решили, что всё на свете состоит всего из трёх сортов элементарных «кирпичиков» — а их, оказывается, снова целый зоопарк. Как в них разбираться?
А что же остальные, адроны, которых несколько сотен? Вот они все состоят из. кварков.
Кварков тоже всего 12, как и лептонов, и тоже половина из них — антикварки. Остаётся 6. И они тоже подразделяются, как и лептоны, на три пары, которые по свойствам похожи друг на друга, а отличаются массой. В каждой паре один из кварков имеет заряд плюс 2/3 заряда электрона (!), а другой — минус 1/3. У антикварков, как всегда, всё ровно наоборот.
Таблица 2. Кварки: их обозначения, английские и русские названия и заряды
Цветная линия показывает порядок возрастания массы. Обратите внимание, что заряды более тяжёлого и более лёгкого кварков в первом столбце «перепутаны» по сравнению с остальными столбцами.
Вот новости! До сих пор у нас дробных зарядов не было. И не будет! Кварки могут комбинироваться только в такие сочетания, в которых их суммарный заряд (в единицах заряда электрона) целый. И только в таких сочетаниях их можно наблюдать в природе. Эти сочетания и есть элементарные частицы; хоть они и состоят из кварков, но отдельный кварк из них выделить нельзя, невозможно разделить элементарную частицу на кусочки. Поэтому они всё-таки элементарные, несмотря на их внутреннюю структуру.
Удивительное свойство «пленения» кварков внутри частицы называется конфайнментом. Во всех уже изученных нами взаимодействиях чем дальше частицы оказываются друг от друга, тем слабее сила, притягивающая их друг к другу (или отталкивающая). А у кварков наоборот — чем дальше они отодвигаются друг от друга, тем сильнее притягиваются! И наоборот: чем ближе они друг к другу прижимаются, тем слабее взаимодействуют. Как и почему такое получается, пока не очень понятно.
Задача 1
Задача 2
Второй нестранный адрон — это нейтрон. Из каких кварков состоит он? Бывает ли антинейтрон?
Нейтрон: \(uud\). Антинейтрон — не то же самое, что нейтрон: \(\bar\bar
Задача 3
Гиперонами называют странные, но не очарованные (и тем более не прелестные) барионы. Сигма-гипероны — лёгкие. Индекс плюс или минус (или ноль) в обозначении и названии адрона соответствует знаку заряда. Что же такое анти-сигма-минус-гиперон? Отличается ли он от сигма-плюс-гиперона?
Сигма-минус-гиперон, Σ − : \(dds\), анти-сигма-минус-гиперон: \(\bar\). Другой гиперон с зарядом +1 — сигма-плюс-гиперон, Σ + : \(uus\).
Бывают ещё тетра— и пентакварки, состоящие из четырёх и пяти кварков. Но это уже совсем экзотика.
Кварки участвуют в сильном взаимодействии — собственно, их конфайнмент это как раз проявление сильного взаимодействия. И уж там, внутри адрона, это взаимодействие действительно сильное — его энергия во много раз больше энергии, заключённой в самих кварках. Из-за этого масса любого адрона много больше массы составляющих его кварков. Сильное взаимодействие, которое удерживает протоны и нейтроны в ядре, — это всего лишь жалкие «хвостики» тех сил, которые бушуют внутри них самих. И в слабом взаимодействии кварки тоже участвуют — иначе как бы могли в нём участвовать сделанные из них адроны? Легко догадаться, что уже знакомый нам по прошлой статье распад нейтрона — это превращение d-кварка в u-кварк: \(d\) → \(u\) + \(e\) − + \(\bar<ν>\)\(e\).
Теория кварков прекрасно объясняет многочисленные виды новых частиц, рождающихся в столкновениях при очень высоких энергиях. К сожалению, для понимания того, что творится в атомных ядрах при обычных «ядерных» энергиях — например, для понимания, как именно устроены ядерные силы или какие именно ядра устойчивы, а какие нет и почему, — она не очень помогает. Во всяком случае, и в «кварковой» теории, и в «обычной» ядерной физике ещё куча неотгаданных загадок. Подрастайте, некоторые из них вас дождутся!
Художник Мария Усеинова
1 Они называются фундаментальными.
2 Есть ещё несколько особых частиц — переносчиков взаимодействия. Здесь мы их обсуждать не будем.