Каприз природы
Как уже упоминалось, нуклоны — протоны и нейтроны — это не элементарные частицы, а состоящие из «кирпичиков», названных кварками. Их придумал, а затем и «окрестил» столь странным именем американский физик Марри Гелл-Манн в 1964 г.
Поначалу физикам хватало только трех кварков (u-, d- и s-типов), чтобы объяснить все разнообразие частиц. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон — из двух d-кварков и одного u-кварка. Что удерживает их вместе? Здесь ситуация очень похожа на ту, что имеет место в электромагнитном взаимодействии. Кварки подобны электрону, а частицы, названные глюонами (которые курсируют между кварками, заставляя их притягиваться друг к другу), подобны фотону, который тоже путешествует между электронами, создавая электромагнитные силы.
Со временем трех кварков стало не хватать для объяснения новых явлений. Были введены еще три кварка. В результате сейчас есть 6 типов, или ароматов, кварков, которые группируются по два, на что имеются определенные причины. Каждому присвоили имя, причем порой довольно забавное. Скажем, с — это очарованный кварк (charm), as — это странный кварк (strange). А вот к кваркам Ъ и t как-то не удалось придумать подходящие названия, и их называют просто t- и b-кварками. Ну а символы и и d означают upper и down.
Как оказалось, для характеристики кварков недостаточно указать их аромат (тип), заряд и массу. Чтобы правильно описать взаимодействие кварков с глюонами, пришлось ввести еще одну квантовую характеристику — цвет. Правда, это условное название, не имеющее никакого отношения к цветам видимого света. Каждый из кварков может находиться в трех цветных состояниях, также условно названных красным, зеленым и синим.
Сами цвета в экспериментах не наблюдаются. Поэтому и обычные частицы вроде состоящих из кварков протонов, нейтронов и мезонов не имеют цвета. А потому протоны и нейтроны должны состоять из кварков трех различных цветов. Почему? По аналогии с оптикой, в которой смешение красного, зеленого и синего цветов дает белый.
А мезоны состоят из кварка и антикварка, имеющих противоположные цвета — цвет и антицвет, также дающие при смешении «белый».
В результате экспериментов на Большом адронном коллайдере физики впервые обнаружили уникальную частицу — пентакварк. Это «комплект» из четырех кварков и одного антикварка. Конкретнее, обнаруженный пентакварк составлен из двух верхних, одного нижнего, одного очарованного кварков и антикварка.