PhilosofFine

В первоначальном варианте теории Гелл-Манна было три типа кварков: и-кварки (от англ. up - верхние), J-кварки (от англ. down - нижние) и 5-кварки (от англ. strange - странные). Через год, когда кварковая модель все еще оставалась чисто умозрительной, Глэшоу совместно с Джеймсом Бьоркеном предложил ввести четвертый кварк с. Глэшоу назвал его очарованным кварком (charm), поскольку тот действовал подобно волшебным чарам, позволяя устранить некоторые явления, предсказываемые трехкварковой теорией, но в действительности ненаблюдаемые. Частицы, содержащие этот кварк, были открыты в 1974 г., и предвидение Глэшоу получило экспериментальное подтверждение. Вместе с тем возникли необходимые предпосылки для формирования представления о возможности построения еще более унифицированного взаимодействия, о возможности объединить электрослабое и сильное взаимодействия.

Вернемся к уравнениям Максвелла. Как указано выше, это уравнения классические, в том смысле, что в них не рассматриваются квантовые эффекты. В основе современной физики лежит представление о квантовании. В 1900 г. Планк выдвинул гипотезу, что энергия излучения Е излучается порциями - квантами, которые определяются формулой E = hn, а в 1905 г. Эйнштейн, опираясь на эту гипотезу, объяснил явление фотоэффекта, т. е. фактически предложил квантовую теорию света (теорию фотонов - частиц-переносчиков электромагнитного излучения). Квантование - это способ перейти от классической теории к неклассической (квантовой), для чего достаточно допустить, например, что энергия квантуется, передается порциями, квантами. Классическая электродинамика описывает, например, то, как течет ток в проводнике, или то, как работает телевизионная антенна, но она не может предложить корректного описания явлений на микроуровне, для этого служит квантовая электродинамика, неклассический аналог классической электродинамики Максвелла. В квантовой электродинамике, например, фотон является квантом электромагнитного поля. Теория слабого взаимодействия также является квантованной теорией, соответственно квантованной является и теория электрослабого взаимодействия.

Теория сильного взаимодействия, конечно, тоже является квантованной, это квантовая хромодинамика. Здесь частицами-переносчиками сильного взаимодействия являются восемь безмассовых частиц - глюо-нов, которые, так же как и кварки, нельзя наблюдать в «свободном» состоянии. Кварки взаимодействуют друг с другом, обмениваясь глюонами, причем взаимодействуя с глюоном, кварк меняет свой цвет. По аналогии с квантовой электродинамикой, где электромагнитная сила между электрически заряженными частицами возникает в результате обмена фотонами (квантами света), в квантовой хромодинамике взаимодействие (сильное) обусловлено свойством особого рода, которое называется цвет. Условно говоря, цвет может иметь три значения: красный, желтый и синий. (В любом случае фраза «кварк имеет красный цвет» имеет не больше и не меньше смысла, чем фраза «электрон имеет отрицательный заряд».)

Однако в отличие от фотонов в квантовой электродинмаике, которые электрическим зарядом не обладают (хотя и выступают в роли носителей электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами), глюоны имеют собственный цветовой заряд и могут изменять цвет кварков, с которыми взаимодействуют. Отметим, что цвет присущ только кваркам, но не барионам и мезонам, в состав которых они входят. Барио-ны (к которым относятся, в частности, протон и нейтрон) состоят из трех кварков: красного, желтого и синего, цвета которых взаимно гасятся, а мезоны - из пары «кварк + антикварк», поэтому они также бесцветны. В целом в квантовой хромодинамике действует принцип, согласно которому кварки в природе могут образовывать только такие комбинации, суммарный цвет которых оказывается нейтральным. Например, если при поглощении глюона синий кварк превращается в красный, значит, глюон нес на себе единичный положительный заряд красного цвета и единичный отрицательный заряд синего, поскольку совокупный цветовой заряд кварка при этом не меняется.