Кварки

Определение "Кварки" в Большой Советской Энциклопедии

Кварки, гипотетические частицы, из которых, как предполагается, могут состоять все известные элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях (адроны). Гипотеза о существовании Кварки 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 неопределённое, мистическое). Такое название для частиц, очевидно, было выбрано потому, что Кварки необходимо приписать ряд необычных свойств, выделяющих их из всех известных элементарных частиц (например, дробный электрический заряд).

Предположение о существовании Кварки 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 чётности, близкие массы). Так, например, 8 частиц: протон (р), нейтрон (n) и гипероны L⁰, S⁺, S⁰, S^–, X^–, X⁰ могут быть объединены в одно семейство барионов (октет) со спином ¹/₂ и положительной чётностью. 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 трёх типов фундаментальных частиц, так называемых р^–, n^– и l-Кварки (а также из античастиц ). При этом Кварки необходимо приписать характеристики, указанные в табл. (в том числе дробные электрические и барионные заряды).

Характеристики кварков

	Частица	Электрический заряд Q	Барионный заряд В	Спин J	Cтранность S
Кварки	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

  Барионы, согласно указанной гипотезе, состоят из трёх Кварки, например протон (Q = 1 В = 1) — из двух р-Кварки и одного n-Кварки, нейтрон (Q = 0, В = 1) — из двух n-K. и одного р-Кварки, S⁺ (Q = 1; В = 1) — из двух р-Кварки и одного l-Кварки, W^– (Q = —1, В = 1) — из трёх l-Кварки и т. д. Антибарионы состоят из трёх антикварков, а мезоны — из одного Кварки и одного антикварка (например, p⁺ — из р и , К° — из  и n и т. д.). В состав странных частиц обязательно входят l-Кварки — носители странности.

Поиски Кварки проводились в космических лучах, на ускорителях высокой энергии, а также физико-химическими способами в окружающей среде. Все они оказались безуспешными. Однако нельзя считать, что результаты этих опытов окончательно опровергают гипотезу с существовании Кварки — они лишь устанавливают пределы для величины возможной массы Кварки и вероятности рождения Кварки 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 Кварки, 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 Кварки, если они существуют, больше 5 Гэв или что вероятность рождения Кварки, 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 Кварки в окружающей среде показали, что если Кварки и существуют, то концентрация их в веществе не превышает 10^–18—10^–20 от числа нуклонов, а по некоторым данным, этот предел может быть ещё 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 Кварки 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, Кварки, 1967.
  Л. Г. Ландсберг.