20-ci əsrin ortalarında fizikada “hissəciklər zooparkı” anlayışı meydana çıxdı, bu, maddənin müxtəlif elementar tərkib hissələrini ifadə edir və elm adamları kifayət qədər güclü sürətləndiricilər yaradıldıqdan sonra onlarla qarşılaşdılar. "Zopark"ın ən çoxsaylı sakinlərindən biri mezon adlanan obyektlər idi. Bu hissəciklər ailəsi barionlarla birlikdə adronların böyük qrupuna daxildir. Onların öyrənilməsi maddənin strukturunun daha dərin səviyyəsinə nüfuz etməyə imkan verdi və bu barədə biliklərin müasir fundamental hissəciklər və qarşılıqlı təsirlər nəzəriyyəsinə - Standart Modelə uyğunlaşdırılmasına kömək etdi.
Kəşf tarixçəsi
1930-cu illərin əvvəllərində atom nüvəsinin tərkibi aydınlaşdırıldıqdan sonra onun mövcudluğunu təmin edən qüvvələrin mahiyyəti haqqında sual yarandı. Aydın idi ki, nuklonları birləşdirən qarşılıqlı təsir son dərəcə intensiv olmalı və müəyyən hissəciklərin mübadiləsi yolu ilə həyata keçirilməlidir. Yapon nəzəriyyəçisi H. Yukavanın 1934-cü ildə apardığı hesablamalar göstərdi ki, bu cisimlər kütləcə elektrondan 200-300 dəfə böyükdür vəmüvafiq olaraq protondan bir neçə dəfə aşağıdır. Sonralar yunanca "orta" mənasını verən mezonların adını aldılar. Bununla belə, onların ilk birbaşa aşkarlanması çox fərqli hissəciklərin kütlələrinin yaxınlığına görə "yanlış atəş" oldu.
1936-cı ildə kosmik şüalarda kütləsi Yukavanın hesablamalarına uyğun gələn cisimlər (onlara mu-mezonlar deyilirdi) kəşf edildi. Görünürdü ki, axtarılan nüvə qüvvələrinin kvantı tapılıb. Lakin sonra məlum oldu ki, mu-mezonlar nuklonlar arasında mübadilə qarşılıqlı təsirləri ilə əlaqəli olmayan hissəciklərdir. Onlar elektron və neytrino ilə birlikdə mikrokosmosdakı başqa bir cisim sinfinə - leptonlara aiddir. Hissəciklərin adı müon adlandırıldı və axtarış davam etdi.
Yukava kvantları yalnız 1947-ci ildə kəşf edildi və "pi-mezonlar" və ya pionlar adlandırıldı. Məlum oldu ki, elektrik yüklü və ya neytral pi-mezon, həqiqətən də, mübadiləsi nüvədə nuklonların birgə mövcud olmasına imkan verən hissəcikdir.
Mezon quruluşu
Demək olar ki, dərhal aydın oldu: pionlar "hissəciklər zooparkına" tək deyil, çoxsaylı qohumları ilə birlikdə gəldilər. Lakin bu hissəciklərin sayı və müxtəlifliyi sayəsində onların az sayda fundamental obyektlərin birləşmələri olduğunu müəyyən etmək mümkün oldu. Kvarkların belə struktur elementləri olduğu ortaya çıxdı.
Mezon kvark və antikvarkın bağlı vəziyyətidir (əlaqə güclü qarşılıqlı təsir kvantları - qluonlar vasitəsilə həyata keçirilir). Kvarkın "güclü" yükü şərti olaraq "rəng" adlanan kvant ədədidir. Halbuki bütün hadronlarvə onların arasında mezonlar rəngsizdir. Bunun mənası nədi? Mezon bir kvark və müxtəlif növ antikvark (yaxud necə deyərlər, ləzzətlər, “ləzzətlər”) tərəfindən əmələ gələ bilər, lakin o, həmişə rəng və anti-rəngi birləşdirir. Məsələn, π+-mezon bir cüt u-kvark - anti-d-kvark (ud̄) tərəfindən əmələ gəlir və onların rəng yüklərinin birləşməsi "mavi - anti-" ola bilər. mavi", "qırmızı - anti-qırmızı" və ya yaşıl-anti-yaşıl. Qluonların mübadiləsi kvarkların rəngini dəyişir, mezon isə rəngsiz qalır.
Köhnə nəsillərin s, c və b kimi kvarkları əmələ gətirdikləri mezonlara müvafiq ləzzətlər verir - öz kvant nömrələri ilə ifadə edilən qəribəlik, cazibə və cazibədarlıq. Mezonun tam elektrik yükü onu əmələ gətirən hissəciklərin və antihissəciklərin fraksiya yüklərindən ibarətdir. Valentlik kvarkları adlanan bu cütə əlavə olaraq, mezona çoxlu (“dəniz”) virtual cütlər və qluonlar daxildir.
Mezonlar və əsas qüvvələr
Mezonlar, daha doğrusu, onları təşkil edən kvarklar Standart Modeldə təsvir edilən bütün növ qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edirlər. Qarşılıqlı təsirin intensivliyi birbaşa onun yaratdığı reaksiyaların simmetriyası ilə, yəni müəyyən kəmiyyətlərin saxlanması ilə bağlıdır.
Zəif proseslər ən az intensivdir, onlar enerji, elektrik yükü, impuls, bucaq impulsuna (spin) qənaət edir – başqa sözlə, yalnız universal simmetriyalar fəaliyyət göstərir. Elektromaqnit qarşılıqlı təsirdə mezonların paritet və ləzzət kvant nömrələri də qorunur. Bunlar reaksiyalarda mühüm rol oynayan proseslərdirçürümə.
Güclü qarşılıqlı təsir digər kəmiyyətləri, xüsusən də izospini qoruyaraq ən simmetrikdir. Nüvədəki nuklonların ion mübadiləsi vasitəsilə saxlanmasına cavabdehdir. Yüklü pi-mezonları buraxaraq və udmaqla proton və neytron qarşılıqlı transformasiyaya məruz qalır və neytral hissəciyin mübadiləsi zamanı nuklonların hər biri özü olaraq qalır. Bunun kvarklar səviyyəsində necə təmsil oluna biləcəyi aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir.
Güclü qarşılıqlı təsir həmçinin mezonların nuklonlar tərəfindən səpilməsini, onların adron toqquşmalarında və digər proseslərdə əmələ gəlməsini idarə edir.
Kvarkonium nədir
Kvark və eyni ləzzətli antikvarkın birləşməsinə kvarkoniya deyilir. Bu termin adətən kütləsi c- və b-kvarkları olan mezonlara tətbiq edilir. Həddindən artıq ağır t-kvarkın ümumiyyətlə bağlı vəziyyətə girməyə vaxtı yoxdur və dərhal daha yüngül olanlara çevrilir. cc̄ birləşməsinə charmonium və ya gizli cazibədar hissəcik (J/ψ-meson) deyilir; bb̄ birləşməsi gizli cazibədarlığa (Υ-mezon) malik olan altoniumdur. Hər ikisi çoxlu rezonanslı - həyəcanlı - vəziyyətlərin olması ilə xarakterizə olunur.
Yüngül komponentlərdən əmələ gələn hissəciklər - uū, dd̄ və ya ss̄ - ləzzətlərin superpozisiyasıdır (superpozisiyasıdır), çünki bu kvarkların kütlələri dəyər baxımından yaxındır. Beləliklə, neytral π0-mezon eyni kvant ədədləri dəstinə malik olan uū və dd̄ vəziyyətlərinin superpozisiyasıdır.
Mezon qeyri-sabitliyi
Zərrəcik və antihissəciklərin birləşməsi nəticə verirki, hər hansı bir mezonun həyatı onların məhvi ilə başa çatır. Həyat müddəti çürüməyə hansı qarşılıqlı əlaqənin nəzarət etməsindən asılıdır.
- “Güclü” məhvetmə kanalı vasitəsilə, məsələn, yeni mezonların yaranması ilə qluonlara çevrilən mezonlar çox uzun yaşamırlar - 10-20 - 10 - 21 səh. Belə hissəciklərə misal olaraq kvarkoniyanı göstərmək olar.
- Elektromaqnit məhvi də kifayət qədər intensivdir: kvark-antikvark cütü təxminən 99% ehtimalla iki fotona çevrilən π0-mezonun ömrü təxminəndir. 8 ∙ 10 -17 s.
- Zəif məhv (leptonlara parçalanma) daha az intensivliklə davam edir. Beləliklə, yüklənmiş pion (π+ – ud̄ – və ya π- – dū) kifayət qədər uzun müddət yaşayır – orta hesabla 2,6 ∙ 10-8 s və adətən muona və neytrinoya (və ya müvafiq antihissəciklərə) parçalanır.
Mezonların əksəriyyəti adron rezonansları adlanan qısamüddətli (10-22 – 10-24 c) hadisələrdir. atomun həyəcanlanmış vəziyyətlərinə bənzər müəyyən yüksək enerji diapazonlarında baş verir. Onlar detektorlarda qeydə alınmır, lakin reaksiyanın enerji balansına əsasən hesablanır.
Spin, orbital impuls və parite
Baryonlardan fərqli olaraq mezonlar spin sayının (0 və ya 1) tam dəyəri olan elementar hissəciklərdir, yəni bozonlardır. Kvarklar fermionlardır və yarım tam ədəd spinə malikdirlər. Kvark və antikvarkın impuls momentləri paraleldirsə, onda onlarıncəm - mezon spin - 1-ə bərabərdir, əgər antiparaleldirsə, sıfıra bərabər olacaq.
Bir cüt komponentin qarşılıqlı dövriyyəsi sayəsində mezonun da kütləsinə töhfə verən orbital kvant nömrəsi var. Orbital impuls və spin, fəza və ya P-paritet anlayışı ilə əlaqəli hissəciyin ümumi bucaq impulsunu müəyyən edir (güzgü inversiyasına münasibətdə dalğa funksiyasının müəyyən bir simmetriyası). S spininin və daxili (hissəciyin öz istinad çərçivəsi ilə əlaqəli) P-paritetinin birləşməsinə uyğun olaraq aşağıdakı mezon növləri fərqləndirilir:
- psevdoskalar - ən yüngül (S=0, P=-1);
- vektor (S=1, P=-1);
- skalyar (S=0, P=1);
- psevdovektor (S=1, P=1).
Son üç növ yüksək enerjili vəziyyətlər olan çox kütləvi mezonlardır.
İzotop və unitar simmetriyalar
Mezonların təsnifatı üçün xüsusi kvant ədədindən - izotopik spindən istifadə etmək rahatdır. Güclü proseslərdə eyni izospin dəyərinə malik hissəciklər elektrik yükündən asılı olmayaraq simmetrik şəkildə iştirak edir və bir obyektin müxtəlif yük halları (izospin proyeksiyaları) kimi təqdim oluna bilər. Kütlələrinə çox yaxın olan belə hissəciklər toplusuna izomultiplet deyilir. Məsələn, pion izotripletinə üç vəziyyət daxildir: π+, π0 və π--mezon.
İzospinin dəyəri I=(N–1)/2 düsturu ilə hesablanır, burada N multiletdəki hissəciklərin sayıdır. Beləliklə, pionun izospini 1-ə bərabərdir və onun proyeksiyaları xüsusi yükdə Izboşluq müvafiq olaraq +1, 0 və -1-dir. Dörd qəribə mezon - kaonlar iki izodublet əmələ gətirir: K+ və K0 izospin +½ və qəribəlik +1 və antihissəciklərin dublet K Bu dəyərlər mənfi olan- və K̄0.
Hadronların (mezonlar daxil olmaqla) Q elektrik yükü izospin proyeksiyası Iz və Y hiper yükü (barion sayının və bütün ləzzətlərin cəmi) ilə əlaqədardır. nömrələri). Bu əlaqə Nishijima-Gell-Mann düsturu ilə ifadə edilir: Q=Iz + Y/2. Aydındır ki, bir multiletin bütün üzvləri eyni hiper yüklənməyə malikdir. Mezonların barion sayı sıfırdır.
Sonra, mezonlar əlavə spin və paritetlə supermultipletlərə qruplaşdırılır. Səkkiz psevdoskalar mezon oktet, vektor hissəcikləri qeyri-net (doqquz) və s. Bu, unitar adlanan daha yüksək səviyyəli simmetriyanın təzahürüdür.
Mezonlar və Yeni Fizikanın axtarışı
Hazırda fiziklər, təsviri Standart Modelin genişlənməsinə və mikrodünyanın daha dərin və ümumi nəzəriyyəsinin - Yeni Fizikanın qurulması ilə onun hüdudlarından kənara çıxmasına səbəb olan hadisələri aktiv şəkildə axtarırlar. Ehtimal olunur ki, Standart Model ona məhdudlaşdırıcı, aşağı enerjili bir vəziyyət kimi daxil olacaq. Bu axtarışda mezonların tədqiqi mühüm rol oynayır.
Ekzotik mezonlar - adi modelin çərçivəsinə uyğun gəlməyən struktura malik hissəciklər xüsusi maraq doğurur. Beləliklə, Böyük Adronda2014-cü ildə kollayder gözəl B mezonunun ara parçalanma məhsulu olan iki ud̄cc̄ kvark-antikvark cütünün bağlı vəziyyəti olan Z(4430) tetrakvarkını təsdiqlədi. Bu parçalanmalar həm də hipotetik yeni hissəciklər sinfinin - leptokvarkların mümkün kəşfi baxımından maraqlıdır.
Modellər həmçinin mezon kimi təsnif edilməli olan digər ekzotik vəziyyətləri də proqnozlaşdırırlar, çünki onlar güclü proseslərdə iştirak edirlər, lakin onlar yalnız kvarksız qluonların yaratdığı yapışqan toplar kimi sıfır barion sayına malikdirlər. Bütün bu cür obyektlər fundamental qarşılıqlı təsirlərin təbiəti haqqında biliklərimizi əhəmiyyətli dərəcədə artıra və mikrodünya fizikasının gələcək inkişafına töhfə verə bilər.
