Кварки. Большое разнообразие адронов заставило усомниться в их «элементарности» и побудило к поиску более фундаментальных, первичных частиц, из которых они могли бы быть построены. В настоящее время внутренняя структура не обнаружена только у фотона и лептонов. А составной характер адронов уже доказан (теоретически и подтвержден экспериментально).
Первоначально гипотеза о том, что все адроны построены из частиц, названных кварками, была выдвинута Гелл-Манном и Цвейгом в 1964 г. На основе кварковой гипотезы была не только понята структура уже известных адронов, но и предсказано существование новых. К настоящему времени установлено существование пяти типов (или ароматов) кварков: и, d, s, с, b. Все кварки имеют спин 1/2 и барионный заряд В = 1/3. Остальные свойства частиц приведены в таблице.
Таким образом, кварки разительно отличаются от всех известных до сих пор дробностью своих зарядов Q и B. Кварк s является носителем странности, с — шарма (очарования), b — красоты.
Соответствующие антикварки отличаются от кварков знаками зарядов Q, В, S, С и b.
Сравнивая заряды кварков с зарядами мезонов и барионов, мы приходим к выводу, что каждый мезон является парой кварк-антикварк, а каждый барион состоит из трех кварков. Действительно, только кварк-антикварк имеет В = 0 и только три кварка образуют частицу с полуцелым спином и барионным зарядом В = 1. В табл. ниже приведен кварковый состав некоторых адронов, спин которых указан в скобках. «Ориентация» спинов кварков и антикварков здесь показаны условно стрелками.
Заметим, что истинно нейтральный π°-мезон состоит из таких же кварка и антикварка.
Из таблицы видно, что Ω--гиперон состоит из трех S-кварков с параллельными спинами Это оказывается несовместимым с принципом Паули, который запрещает одинаковым частицам с полуцелым спином находиться в одном и том же состоянии.
Чтобы устранить это противоречие, было выдвинуто предположение о наличии у кварков некой внутренней степени свободы, из-за которой кварки одного типа (аромата) могут отличаться друг от друга. Эту степень свободы назвали цветом.
Каждый тип (аромат) кварка характеризуют тремя цветами: красный, зеленый и голубой. Их смесь бесцветна. Цвет каждого антикварка считается дополнительным цвету кварка, так что пара кварк-антикварк также бесцветна.
Противоречие с принципом Паули было устранено с помощью принципа бесцветности адронов. Этот принцип разрешает возможными только те сочетания кварков разных цветов, смесь которых бесцветна. Так, согласно этому принципу Ω--гиперон состоит из трех S-кварков разных цветов, смесь которых бесцветна. Поскольку кварки разных цветов неодинаковы, то кварковая структура Ω--гиперона не будет противоречить принципу Паули. Антикваркам присвоили антицвета, каждый из которых является дополнительным к своему цвету, так что комбинации цвет-антицвет считаются бесцветными.
