20-р зууны дунд үе гэхэд физикийн шинжлэх ухаанд "бөөмийн амьтны хүрээлэн" гэсэн ойлголт гарч ирсэн нь материйн янз бүрийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг илэрхийлдэг бөгөөд эрдэмтэд хангалттай хүчтэй хурдасгуур бүтээсний дараа тэдгээртэй тулгарсан. "Амьтны хүрээлэн"-ийн хамгийн олон оршин суугчдын нэг нь мезон гэж нэрлэгддэг объектууд байв. Энэхүү бөөмсийн гэр бүл нь барионуудын хамт адронуудын том бүлэгт багтдаг. Тэдний судалгаа нь материйн бүтцийн илүү гүнзгий түвшинд нэвтэрч, түүний талаарх мэдлэгийг орчин үеийн суурь бөөмс ба харилцан үйлчлэлийн онол болох Стандарт загварт эрэмблэхэд хувь нэмэр оруулсан.
Нээлтийн түүх
1930-аад оны эхээр атомын цөмийн бүтцийг тодорхой болгосны дараа түүний оршин тогтнолыг баталгаажуулсан хүчний мөн чанарын тухай асуулт гарч ирэв. Нуклонуудыг холбодог харилцан үйлчлэл нь маш эрчимтэй байх ёстой бөгөөд тодорхой бөөмсийг солилцох замаар явагдах ёстой нь тодорхой байв. 1934 онд Японы онолч Х. Юкавагийн хийсэн тооцоолол нь эдгээр биетүүд массын хувьд электроноос 200-300 дахин том болохыг харуулжээ.протоноос хэд дахин доогуур байна. Хожим нь тэд Грек хэлээр "дунд" гэсэн утгатай мезон хэмээх нэрийг авсан. Гэсэн хэдий ч тэдний анхны шууд илрүүлэлт нь маш өөр бөөмсийн массын ойролцоо байсны улмаас "алдаа" болсон байна.
1936 онд сансрын туяанаас Юкавагийн тооцоололд тохирсон масстай биетүүдийг (тэдгээрийг му-мезон гэж нэрлэдэг) илрүүлсэн. Хүссэн цөмийн хүчний квант олдсон юм шиг санагдсан. Гэвч дараа нь му-мезонууд нь нуклонуудын солилцооны харилцан үйлчлэлтэй холбоогүй бөөмс болох нь тогтоогдсон. Тэд электрон ба нейтринотой хамт бичил ертөнцийн өөр нэг объект болох лептонд багтдаг. Бөөмүүдийг мюон гэж нэрлэж, хайлтыг үргэлжлүүлэв.
Юкава квантуудыг зөвхөн 1947 онд нээсэн бөгөөд "пи-мезон" буюу пион гэж нэрлэдэг. Цахилгаан цэнэгтэй эсвэл төвийг сахисан пи-мезон нь үнэхээр бөөм бөгөөд түүний солилцоо нь цөмд нуклонууд зэрэгцэн орших боломжийг олгодог.
Мезон бүтэц
Бараг тэр даруй тодорхой болов: Цээнэ цэцгүүд "бөөмийн амьтны хүрээлэн"-д ганцаараа биш, олон хамаатан садныхаа хамт ирсэн. Гэсэн хэдий ч эдгээр хэсгүүдийн тоо, олон янз байдлаас шалтгаалан тэдгээр нь цөөн тооны үндсэн объектуудын нэгдэл гэдгийг тогтоох боломжтой болсон. Кваркууд нь ийм бүтцийн элементүүд болж хувирсан.
Мезон бол кварк ба антикваркийн холбогдсон төлөв (холболт нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн квант-глюонуудын тусламжтайгаар хийгддэг). Кваркийн "хүчтэй" цэнэг нь квант тоо бөгөөд үүнийг уламжлалт байдлаар "өнгө" гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч бүх адронуудмөн тэдгээрийн доторх мезонууд нь өнгөгүй байдаг. Энэ нь юу гэсэн үг вэ? Мезон нь янз бүрийн төрлийн кварк ба антикваркаас (эсвэл тэдний хэлснээр амт, "амт") үүсч болно, гэхдээ энэ нь үргэлж өнгө, эсрэг өнгийг хослуулдаг. Жишээлбэл, π+-мезон нь хос у-кварк - анти-д-кварк (ud̄)-аас үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн өнгөний цэнэгийн хослол нь "цэнхэр - эсрэг-" байж болно. цэнхэр", "улаан - эсрэг улаан" эсвэл ногоон-эсрэг ногоон. Глюонуудын солилцоо нь кваркуудын өнгийг өөрчилдөг бол мезон өнгөгүй хэвээр үлддэг.
s, c, b гэх мэт хуучин үеийн кваркууд нь өөрсдийнхөө квант тоогоор илэрхийлэгддэг хачирхалтай, дур булаам, сэтгэл татам байдлыг бий болгож буй мезондоо тохирох амтыг өгдөг. Мезоны бүхэл цахилгаан цэнэг нь түүнийг бүрдүүлдэг бөөмс ба эсрэг бөөмсүүдийн бутархай цэнэгээс бүрддэг. Мезонд валентын кварк гэж нэрлэгддэг энэ хосоос гадна олон ("далайн") виртуал хосууд болон глюонууд багтдаг.
Мезон ба үндсэн хүч
Мезонууд, эс тэгвээс тэдгээрийг бүрдүүлдэг кваркууд нь Стандарт загварт тодорхойлсон бүх төрлийн харилцан үйлчлэлд оролцдог. Харилцан үйлчлэлийн эрч хүч нь түүнээс үүсэх урвалын тэгш хэмтэй, өөрөөр хэлбэл тодорхой хэмжигдэхүүнийг хадгалахтай шууд холбоотой.
Сул процессууд нь хамгийн бага эрчимтэй, эрчим хүч, цахилгаан цэнэг, импульс, өнцгийн импульс (эргэлт) хэмнэдэг - өөрөөр хэлбэл зөвхөн бүх нийтийн тэгш хэм үйлчилдэг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд мезонуудын паритет ба амтын квант тоо мөн хадгалагдана. Эдгээр нь урвалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг процессууд юмялзрал.
Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь хамгийн тэгш хэмтэй бөгөөд бусад хэмжигдэхүүнүүд, ялангуяа изоспиныг хадгалдаг. Энэ нь ион солилцох замаар цөм дэх нуклонуудыг хадгалах үүрэгтэй. Цэнэглэгдсэн пи-мезон ялгаруулж, шингээх замаар протон ба нейтрон харилцан хувирч, төвийг сахисан бөөмсийн солилцооны явцад нуклон бүр өөрөө үлддэг. Үүнийг кваркуудын түвшинд хэрхэн дүрсэлж болохыг доорх зурагт үзүүлэв.
Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь мезонуудын нуклоноор тархах, адроны мөргөлдөөнд үүсэх болон бусад процессуудыг зохицуулдаг.
Кваркони гэж юу вэ
Ижил амттай кварк ба антикваркийн хослолыг кваркони гэдэг. Энэ нэр томъёог ихэвчлэн их хэмжээний c- ба b-кваркуудыг агуулсан мезонд хэрэглэдэг. Хэт хүнд т-кварк нь шууд холбоотой төлөвт орох цаг байдаггүй бөгөөд тэр даруй хөнгөн болж ялзардаг. cc̄ хослолыг Charmonium буюу далд увдис бүхий бөөмс (J/ψ-meson) гэж нэрлэдэг; bb̄ хослол нь далд увдис (Υ-мезон) бүхий ёроолониум юм. Аль аль нь олон резонансын - догдолж - төлөв байдгаараа онцлог юм.
Уу, dd̄ эсвэл ss̄ гэсэн гэрлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс үүссэн хэсгүүд нь эдгээр кваркуудын массын үнэ цэнэ нь ойролцоо байдаг тул амтуудын суперпозиция (суперпозиция) юм. Тиймээс төвийг сахисан π0-мезон нь квант тоонуудын ижил багцтай uū болон dd̄ төлөвүүдийн суперпозиция юм.
Мезон тогтворгүй байдал
Бөөмийн эсрэг бөөмсийн хослол нь үр дүнд хүргэдэгямар ч месоны амьдрал тэднийг устгаснаар дуусдаг. Амьдралын хугацаа нь ямар харилцан үйлчлэл нь ялзралыг удирдаж байгаагаас хамаарна.
- "Хүчтэй" устах сувгаар задардаг, тухайлбал шинэ мезонууд гарч ирснээр глюонууд болон задардаг мезонууд тийм ч удаан амьдардаггүй - 10-20 - 10 - 21 х. Ийм бөөмсийн жишээ бол кваркони юм.
- Цахилгаан соронзон устах нь бас нэлээд эрчимтэй явагддаг: кварк-антикварк хос нь бараг 99%-ийн магадлалтайгаар хоёр фотон болж устдаг π0-мезоны амьдрах хугацаа ойролцоогоор байна. 8 ∙ 10 -17 с.
- Сул устах (лептон болж задрах) нь хамаагүй бага эрчимтэй явагддаг. Тиймээс цэнэглэгдсэн пион (π+ – ud̄ – эсвэл π- – dū) нэлээд удаан амьдардаг – дунджаар 2.6 ∙ 10-8 s ба ихэвчлэн мюон ба нейтрино (эсвэл харгалзах эсрэг бөөмс) болж задардаг.
Ихэнх мезонууд нь адрон резонанс гэж нэрлэгддэг, богино хугацааны (10-22 – 10-24 c) үзэгдэл юм. атомын өдөөгдсөн төлөвтэй төстэй тодорхой өндөр энергийн мужид тохиолддог. Тэдгээр нь мэдрэгч дээр бүртгэгдээгүй боловч урвалын энергийн тэнцвэрт байдалд үндэслэн тооцдог.
Спин, тойрог замын импульс ба паритет
Барионуудаас ялгаатай нь мезонууд нь эргэлтийн тооны бүхэл тоо (0 эсвэл 1) бүхий энгийн бөөмс бөгөөд өөрөөр хэлбэл бозонууд юм. Кваркууд нь фермионууд бөгөөд хагас бүхэл тоо ½ эргэлттэй байдаг. Хэрэв кварк ба антикваркийн импульсийн моментууд параллель байвал тэдгээрийннийлбэр - мезон спин - 1-тэй тэнцүү, эсрэг параллель бол тэгтэй тэнцүү байна.
Хос бүрдэл хэсгүүдийн харилцан эргэлтийн улмаас мезон нь мөн тойрог замын квант тоотой бөгөөд энэ нь түүний массад нөлөөлдөг. Орбитын импульс ба спин нь орон зайн ойлголттой холбоотой бөөмийн нийт өнцгийн импульсийг тодорхойлдог. S спин ба дотоод (бөөмийн өөрийн жишиг хүрээтэй холбоотой) P-паритетийн хослолын дагуу дараах төрлийн мезонуудыг ялгадаг:
- псевдоскаляр - хамгийн хөнгөн (S=0, P=-1);
- вектор (S=1, P=-1);
- скаляр (S=0, P=1);
- псевдовектор (S=1, P=1).
Сүүлийн гурван төрөл нь маш их хэмжээний мезонууд бөгөөд эдгээр нь өндөр энергитэй төлөвүүд юм.
Изотоп ба нэгдмэл тэгш хэм
Мезоныг ангилахын тулд тусгай квант тоо - изотопын эргэлтийг ашиглах нь тохиромжтой. Хүчтэй процессуудад ижил изоспины утгатай бөөмс нь цахилгаан цэнэгээсээ үл хамааран тэгш хэмтэй оролцдог бөгөөд нэг объектын өөр өөр цэнэгийн төлөв (изоспины төсөөлөл) хэлбэрээр дүрслэгдэж болно. Массын хувьд маш ойрхон ийм бөөмсийн багцыг изомультиплет гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, пион изотрилет нь π+, π0 ба π--мезон гэсэн гурван төлөвийг агуулдаг..
Изоспины утгыг I=(N–1)/2 томъёогоор тооцоолдог ба N нь олон тооны бөөмсийн тоо юм. Тиймээс пионы изоспин нь 1-тэй тэнцүү ба проекцууд нь тусгай цэнэгээр Iz байна.зай нь +1, 0 ба -1 байна. Дөрвөн хачирхалтай мезон - каонууд нь хоёр изодоблет үүсгэдэг: K+ ба K0 изопин +½ ба хачирхалтай +1 ба эсрэг бөөмсийн давхарт К.- болон K̄0, эдгээр утгууд нь сөрөг байна.
Адронуудын цахилгаан цэнэг (мезоныг оруулаад) Q нь изоспины проекц Iz ба хэт цэнэг Y-тэй (барионы тоо ба бүх амтын нийлбэр) хамааралтай. тоо). Энэ хамаарлыг Нишижима-Гелл-Манны томъёогоор илэрхийлнэ: Q=Iz + Y/2. Нэг мультиплетийн бүх гишүүд ижил хэт цэнэгтэй байх нь тодорхой байна. Мезоны барион тоо тэг байна.
Дараа нь мезонуудыг нэмэлт эргэлдэж, паритетаар бүлэглэн супер олон тоот болгоно. Найман псевдоскаляр мезон нь октет үүсгэдэг, вектор бөөмс нь нет (есөн) гэх мэт. Энэ нь нэгдмэл гэж нэрлэгддэг дээд түвшний тэгш хэмийн илрэл юм.
Мезон ба шинэ физикийн эрэл
Одоогоор физикчид үзэгдлийн эрэл хайгуулыг идэвхтэй хийж байгаа бөгөөд тэдгээрийн тайлбар нь Стандарт загварыг өргөжүүлж, бичил ертөнцийн илүү гүн гүнзгий, ерөнхий онол болох Шинэ Физикийг бүтээх замаар үүнээс цааш гарах болно. Стандарт загвар нь хязгаарлагдмал, эрчим хүч багатай тохиолдолд үүнийг оруулна гэж таамаглаж байна. Энэхүү эрэл хайгуулд мезоныг судлах нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Онцлон сонирхдог зүйл бол чамин мезонууд - ердийн загварын хүрээнд тохирохгүй бүтэцтэй бөөмс юм. Тиймээс, Том Адрон дээр2014 онд коллайдер нь үзэсгэлэнт В мезоны задралын завсрын бүтээгдэхүүн болох ud̄cc̄ кварк-антикварк хос хосын холбогдсон Z(4430) тетракваркийг баталсан. Эдгээр задралууд нь таамагласан шинэ ангиллын бөөмс болох лептокваркуудыг нээх боломжтой гэдгээрээ бас сонирхолтой юм.
Загварууд нь хүчтэй процесст оролцдог ч зөвхөн кваркгүй глюоноор үүсгэгддэг цавуу бөмбөлөг гэх мэт тэг барион тоотой байдаг тул мезон гэж ангилагдах ёстой бусад чамин төлөвүүдийг урьдчилан таамаглаж байна. Эдгээр бүх объектууд нь үндсэн харилцан үйлчлэлийн мөн чанарын талаарх бидний мэдлэгийг ихээхэн хэмжээгээр нөхөж, бичил ертөнцийн физикийн цаашдын хөгжилд хувь нэмэр оруулж чадна.
