s-кварк

Странный кварк или s-кварк (происходит от его обозначения s (англ. strange)) — третий по массе из всех лёгких кварков, тип элементарных частиц. Странные кварки обнаружены в субатомных частицах, называемых адронами. Примеры адронов, содержащих странные кварки, поэтому называемые странными частицами, включают каоны (K), странные D-мезоны (D
s
), сигма-барионы (Σ) и другие.

Согласно IUPAP, символ s — это официальное обозначение для кварка, тогда как термин «странный» следует рассматривать только как мнемоническое обозначение.[1] Название соответствующее английскому слову sideways (боком) также использовалось, потому что для s-кварка значение I 3 равное 0, в то время как u- («верхний») и d- («нижний») кварков изотопический спин принимает значения +12 и −12, соответственно.[2]

Хотя первая странная частица была открыта в 1947 году (каон), но существование самого странного кварка (а также верхних и нижних кварков) было постулировано только в 1964 году Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом, для объяснения схемы классификации адронов восьмеричного пути. Первое свидетельство существования кварков было получено в 1968 году в экспериментах по глубоконеупругому рассеянию в Стэнфордском центре линейных ускорителей. Эти эксперименты подтвердили существование верхних и нижних кварков и, в более широком смысле, странных кварков, поскольку их наличие было необходимо для объяснения теории восьмеричного пути.

На заре физики элементарных частиц (первая половина 20 века) адроны, такие как протоны, нейтроны и пионы, считались элементарными частицами. Однако позже были открыты новые адроны, и «зоопарк частиц» увеличился с нескольких частиц в начале 1930-х и 1940-х годов до нескольких десятков в 1950-х годах. Оказалось, что некоторые частицы живут намного дольше, чем другие; большинство частиц распалось в результате сильного взаимодействия и имели времена жизни около 10−23 секунды. Когда они распадались из-за слабых взаимодействий, их время жизни составляло около 10−10 секунд. Изучая эти распады, Мюррей Гелл-Манн (в 1953 г.)[3][4] и Кадзухико Нисидзима (Нисиджима) (в 1955 г.)[5] разработали концепцию странности (которую Нисидзима назвал эта-зарядом в честь эта-мезона (ηη)) для объяснения «странности» долгоживущих частиц. Формула Гелл-Манна — Нисиджима — результат этих усилий, направленных на объяснение странных распадов.

Несмотря на их работу, отношения между каждой частицей и физическими основаниями странности оставались неясными. В 1961 году Гелл-Манн[6] и Ювал Нееман[7] независимо друг от друга предложили схему классификации адронов, названную восьмеричным путем, также известную как симметрия ароматов SU(3), которая упорядочила адроны в изоспиновые мультиплеты. Физическая основа, лежащая в основе изоспина и странности, была объяснена только в 1964 году, когда Гелл-Манн[8] и Джордж Цвейг[9][10] независимо друг от друга предложили кварковую модель, которая в то время состояла только из верхнего, нижнего и странного кварков.[11] Верхние и нижние кварки были переносчиками изоспина, в то время как странный кварк — переносчик странности. Хотя кварковая модель объясняла восьмеричный путь, никаких прямых доказательств существования кварков до экспериментов 1968 года в Стэнфордском центре линейных ускорителей не было найдено.[12][13] Эксперименты по глубокому неупругому рассеянию показали, что протоны имеют субструктуру, и что протоны, состоящие из трех более фундаментальных частиц, согласуются с данными (тем самым подтверждая кварковую модель).[14]

Сначала учёные не хотели идентифицировать три субчастицы как кварки, вместо этого предпочитая партонное описание Ричарда Фейнмана[15][16][17] но со временем теория кварков стала общепринятой (см. Ноябрьская революция).[18]

В составе всех адронов (в том числе и не содержащих валентных s-кварков) есть примесь виртуальных (морских) пар, состоящих из странного кварка и антикварка.