Э Розенталь - Геометрия, динамика, вселенная
p нейтроны с массой m| = 939.5 МэВ. Изотопический спин
N нуклонов T = 1/2. Для протона проекция T| = 1/2, для
z нейтрона T| = -1/2 .
z
+
Пионы - семейство, состоящее из трех частиц: PI||- и 0 PI|-пионов. Изотопический спин пионов T=1; проекции T|
z +- 0 PI||-пионов равны +-1; проекция T| для PI|-пиона равна нулю.
z Изотопический спин - приближенно сохраняющееся квантовое число. Оно сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых.
С_т_р_а_н_н_о_с_т_ь. Это квантовое число отражает свойство некоторых элементарных частиц рождаться исключительно парами.
Например, невозможна реакция:
0 p+n -> p+^Л| , (Д.2)
(((ЗДЕСЬ Л ОБОЗНАЧАЕТ ДОВОЛЬНО БОЛЬШОЙ ЗНАЧОК ^)
но возможна реакция
+ + 0 PI|+ + n -> K| + Л| (Д.3)
+ 0 (K| и Л| - символы K- и Л-частиц).
Объяснение этого явления основано на постулировании наличия у некоторых (странных) элементарных частиц нового квантового числа - странности S, которое может принимать оба
0 + знака. Так, для Л|-частицы странность S=-1; для K|-частицы S=+1. Странность также сохраняется лишь в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняется в слабых. Обе реакции (Д.2) и (Д.3) определяются сильным взаимодействием; поэтому в них странность S должна сохраняться. В реакции (Д.2) странность не сохраняется (слева S=0; справа - S=-1), поэтому эта реакция не осуществляется. В реакции (Д.3) странность S=0 в обеих частях равенства. Поэтому эта реакция наблюдается и хорошо изучена.
Ц_в_е_т. Это количественная характеристика (заряд) сильного взаимодействия. Поскольку носителями сильного взаимодействия являются кварки, то цвет - характеристика взаимодействия между кварками. В отличие от электромагнитного взаимодействия, которое имеет два типа, соответствующие положительному и отрицательному зарядам, сильное взаимодействие характеризуется тремя модификациями.
Другое отличие заключается в том, что носители сильного заряда - кварки - не встречаются в свободном состоянии.
Вследствие этих особенностей невозможно использовать координатные оси для описания сильного заряда. В математике положительная и отрицательная полуоси эквивалентны, что и отражает полную эквивалентность положительных и отрицательных зарядов. Три числа (например, +-1, 0) не эквивалентны, следовательно, числовое представление "сильных" зарядов неадекватно. Поэтому для их представления был выбран физической образ - цвет. Известно, что в цветовой гамме содержатся три дополнительных цвета (красный, желтый и синий), которые в сумме дают белый цвет. Оба свойства дополнительных цветов (число три и обесцвеченность) хорошо представляют основные свойства сильного взаимодействия: три модификации заряда и нейтральность (относительно сильного взаимодействия) элементарных частиц, состоящих из кварков.
Подчеркнем еще раз, что, кроме общности символики, цвет как заряд сильного взаимодействия не имеет ничего общего с оптическими цветами.
В квантовой теории поля взаимодействие между частицами f| и f| осуществляется передачей частицы-переносчика B. 1 2 Частица-переносчик может передать массу (энергию), импульс, заряд, спин, изотопический спин, цвет и другие квантовые числа.
Свойства частицы-переносчика и константа взаимодействия полностью определяют все характеристики взаимодействия.
Наиболее хорошо изучена частица-переносчик фотон частица с нулевой массой покоя и спином, равным единице. Его изотопический спин, странность и цвет равны нулю. Поэтому при электромагнитном взаимодействии переносится от частицы f| к частице f| масса (энергия), импульс и спин. Цвет, 1 2 странность и другие квантовые числа не переносятся. Это простейший пример предопределенности взаимодействия свойствами частицы-переносчика.
В таблице сведены характеристики частиц-переносчиков различных взаимодействий.
Тип взаимодей- Название Электри- Изотопичесствия частицы- Спин ческий Цвет кий спин
переносчика заряд
Электромаг- Фотон 1 0 0 0 нитное
Слабое Бозон 1 +-1,0 0 1
Сильное Глюон 1 0 Три 0
цвета
Гравитационное Гравитон 2 0 0 0
Исключительно важной основой классификации частиц является их спин. Частицы с полуцелым спином (HP/2, (3/2) * HP...) называются фермионами, частицы с целым спином (0, HP, 2*HP...) - бозонами.
Кардинальное отличие в поведении фермионов и бозонов обусловлено разницей в симметрии волновых функций, описывающих состояние системы в целом. Фермионы не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии (принцип Паули), для бозонов такой запрет отсутствует. Более того, система бозонов, находящихся в основном состоянии, стремится увеличить число частиц в этом состоянии (явление бозе-конденсации).
Частицы также классифицируются по силе их взаимодействия. Частицы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами. Фермионы, не участвующие в сильном взаимодействии, называются лептонами. Как правило, лептоны легче адронов, однако есть и исключение: масса TAU-лептона ~ 1.8*m|.
p
Число адронов (~300) существенно превышает число лептонов. Сейчас обнаружено пять лептонов (e, NU, TAU, V|,
e V|), однако почти несомненно существует и шестой лептон ю TAU-нейтрино. (((НАПОМИНАЮ, ЧТО ю В ИНДЕКСЕ ОБОЗНАЧАЕТ NU)))
Адроны с полуцелым спином называются барионами; их масса m > m| . Адроны с целым спином - мезонами.
p
Особое место занимают частицы-переносчики - бозоны. Их
+- 0 масса (кроме W||-, Z|-бозонов) равна нулю.
Подчеркнем, что почти все частицы испытывают все четыре взаимодействия. Исключение составляют лептоны, которые не взаимодействуют сильно, и частицы-переносчики, о которых следует сказать особо. Фотон и W||-, Z|-бозоны переносят электрослабое взаимодействие, глюоны - сильное. Все частицы испытывают действие гравитации.
Гипотетический тяжелый X-бозон должен испытывать все четыре взаимодействия.
Адроны имеют размеры ~10**-13 см. В соответствии с современными представлениями "истинными" элементарными частицами должны быть точечные. Быть может, в соответствии с основным содержанием книги следовало бы говорить о "планковских точках" размерами ~10**-33 см. Поэтому адроны не являются "истинно" элементарными частицами, адроны состоят из иных пра-частиц.
В 1964 г. Геллман и Цвейг выдвинули гипотезу: адроны состоят из элементарных дробно-заряженных частиц - кварков. При конструировании адронов (их характеристик) из кварков следует руководствоваться следующими правилами: 1) все квантовые числа кварков, кроме массы, аддитивны, 2) фермионы состоят из трех кварков, бозоны из двух, 3) суммарный цвет кварков в адронах всегда равен нулю.
Сейчас твердо обнаружено пять сортов кварков. В течение последних лет появлялись сообщения о существовании шестого кварка, однако убедительного доказательства его существования нет. Обнаружение шестого кварка исключительно важно для построения теории большого объединения. Она базируется на допущении, что числа фундаментальных фермионов (лептонов) и адронов (кварков) равны. Поскольку число лептонов должно равняться (по крайней мере) шести, то должно быть таким же и число кварков.
О Г Л А В Л Е Н И Е
Предисловие автора
ГЛАВА 1. ГЕОМЕТРИЯ 1. Эмпирическая геометрия 2. Геометрия как физико-математическая дисциплина 3. идеализация и приближение 4. Существует ли единственная физическая геометрия? 5. Аналитическая геометрия 6. Геометрия в целом и геометрия в малом 7. Расслоенные пространства
ГЛАВА 2. ДИНАМИКА 1. Время 2. Классическая динамика и ее геометрия 3. "Вывод" классической динамики из свойств пространства 4. Пространство специальной теории относительности
(пространство Минковского) 5. Эйнштейновская теория тяготения 6. Объединенная теория взаимодействия элементарных частиц 7. Калибровочная инвариантность - основной динамический
принцип 8. Геометрическое представление состояний 9. Многомерная интерпретация взаимодействий 10.Планковская физика. Является ли точка основным элементом
физической геометрии?
ГЛАВА 3. ВСЕЛЕННАЯ 1. Краткая история современной космологии 2. Некоторые замечания о терминологии 3. Эволюция Метагалактики как отражение ее геометрии 4. Проблемы фридмановской космологии 5. Физический вакуум 6. Раздувающаяся Вселенная и решение проблем фридмановской
космологии 7. Принцип целесообразности 8. Современные представления об "истинном" физическом
пространстве 9. Как возникают метагалактики
ОТ РЕДАКТОРА
ДОПОЛНЕНИЕ
....................
...... : ......
.. b1 : .. . a1 o : . . o : : . !. : : : . ! .. : : : .. ! ...... : : ...... ! ! .................... ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !A !B ! !- один из слоев ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! *********!********** ! ! *!**** ! **!*** ! ** ! ! ! ** !* ! o ! * - база * o b ! * * a ! *
** ! **
****** ******
********************
Рис 1. Простейший пример расслоенного пространства цилиндрический объем расслаивается на круг (база) и слои прямые, перпендикулярные базе.
