ОСНОВНА СТРУКТУРА НА ВЪПРОСА
Нашият свят е направен от материя. На Земята, в Слънчевата система и в космическото пространство, непосредствено заобикалящо Слънчевата система, няма забележимо количество антиматерия, тъй като поради анигилационни реакции близкото съжителство на частици и античастици е невъзможно. Малкото античастици, които могат да бъдат произведени в лабораторни условия, рано или късно умират. Дългосрочното съществуване на стабилни античастици (например антипротони или позитрони) е възможно само при ниска плътност на материята - в специални пръстени за съхранение на заредени частици или в космическото пространство. Въпросите за това защо нашият свят се състои от материя, кога и защо е възникнала асиметрията на нашата Вселена са от основно значение и продължават да привличат вниманието на теоретичните физици.
Второто семейство от фундаментални елементарни частици, от които са изградени адрони (бариони и мезони), се нарича кварки. Има шест вида кварки (физиците ги наричат „аромати“), които подобно на лептоните са групирани по двойки и образуват три поколения. Първото поколение - u и d кварки (нагоре - нагоре и надолу
- отдолу); второ поколение - s и c кварки (странно - странно и очарователно -
очаровани) и, накрая, третото поколение - b и t кварки (красота - красива и истинска - вярна; понякога те се наричат отдолу и отгоре). Последният шести t-кварк е открит сравнително наскоро (през 1995 г.).
Кварките са фермиони (въртенето им е ½, подобно на лептоните). В този случай са възможни две вътрешни квантови състояния с проекциите на вектора-
Барионното число за кварки е равно на една трета B = 1/3, за антикварки
- B = –1/3. Всеки кварк има друга характеристика, която физиците наричат вкус (странност, чар и т.н.).
Най-изненадващото е, че кварките имат частичен електрически заряд, чиято стойност е или 2/3 от елементарния заряд (в този случай зарядът на кварка е положителен), или 1/3 от заряда на електрон (знакът на в този случай таксата е отрицателна).
Всички бариони са комбинации от три кварка. Нуклеоните - основната основа на атомните ядра, са най-леките бариони и се състоят от кварки от първо поколение. Протонът се състои от два u-кварка и един d-кварк, неутрон от два d-кварка и един u-кварк:
Лесно е да се провери дали протонният заряд в този случай се оказва равен на единица (2/3 + 2/3–1/3 = +1), а неутронният заряд до нула (2/3 - 1/3 - 1/3 = 0).
Неутронът е по-тежък от протона, защото d-кваркът е по-тежък от u-кварка.
Получава ново обяснение за процесите на β + - и β - - разпадания като взаимно преобразуване на кварки (u d).
Мезоните се получават от комбинация от двойка кварк-антикварк. Ясно е, че
барионният брой мезони е нула,
нула или едно.
Комбинации от три антикварка образуват антибариони (антипротони,
антинеутрони и др.).
Таблица 1 изброява всички основни фермиони -
структурни единици на структурата на материята.
Цялото разнообразие от адрони възниква поради различни комбинации
там съответстват обвързани състояния, изградени само от u и d кварки. Ако в свързаното състояние, заедно с u - и d -кварките, има например s - или c-кварк, тогава съответният адрон се нарича странен или
Фактът, че всички известни бариони и мезони могат да бъдат получени от различни комбинации от кварки, символизира основния триумф на теорията на кварките. Всички усилия обаче да се намерят единични кварки бяха напразни. Разви се парадоксална ситуация. Несъмнено в адроните съществуват кварки. Това се доказва не само от разглежданата кваркова систематика на адроните, но и от директното „предаване“ на нуклони от бързи електрони. В този експеримент (всъщност, напълно аналогичен на експеримента на Ръдърфорд) беше установено, че вътре в адроните електроните се разпръскват от точкови частици със заряди, равни на –1/3 и +2/3 и въртящи се на ½, т.е. веществени доказателства за съществуването на кварки в адроните. Но е невъзможно да се изтръгнат кварки от адрони. Това явление беше наречено "затваряне"