Цветовой заряд
Цветовой заряд — квантовое число, в квантовой хромодинамике, приписываемое глюонам и кваркам. Эти элементарные частицы взаимодействуют между собой подобно тому, как взаимодействуют между собой электрические заряды, однако, в отличие от электрических зарядов, у которых два знака, цветов три. Их называют «красным» (r), «зелёным» (g) и «синим» (b), но эти названия не имеют никакого отношения к цветам, которые мы видим в повседневной жизни. Для каждого цвета существует также антицвет: «антикрасный», «антизелёный» и «антисиний».
Концепция цветов была предложена при создании квантовой хромодинамики для того, чтобы объяснить, каким образом в нуклонах могут сосуществовать кварки с одинаковыми квантовыми числами, не нарушая принципа Паули.
Кварки, из которых состоят барионы и мезоны, имеют свой цвет. Барионы состоят из трёх кварков разных цветов, наложение которых образует бесцветную, или «белую», частицу. Мезоны состоят из кварка и антикварка одинаковых цветов, точнее, цвета и антицвета, что в сумме тоже образует бесцветные частицы.
-
Цвета кварков (красный, зелёный, синий) в комбинации дают бесцветный барион.
-
Цвета антикварка (антикрасный, антизелёный, антисиний) в комбинации также дают бесцветную античастицу.
Ситуация с глюонами сложнее, цветные заряды глюонов характеризуются различными комбинациями цветов и антицветов. Всего существует 8 глюонов: 6 цветных и 2 бесцветных.
Цветные глюоны:
| [math]\displaystyle{ g_1=(r\bar{b}+b\bar{r})/\sqrt{2}, \qquad g_2=-i(r\bar{b}-b\bar{r})/\sqrt{2}, }[/math] |
| [math]\displaystyle{ g_4=(r\bar{g}+g\bar{r})/\sqrt{2}, \qquad g_5=-i(r\bar{g}-g\bar{r})/\sqrt{2}, }[/math] |
| [math]\displaystyle{ g_6=(b\bar{g}+g\bar{b})/\sqrt{2}, \qquad g_7=-i(b\bar{g}-g\bar{b})/\sqrt{2}. }[/math] |
Бесцветные глюоны:
| [math]\displaystyle{ g_3=(r\bar{r}-b\bar{b})/\sqrt{2}, \qquad g_8=(r\bar{r}+b\bar{b}-2g\bar{g})/\sqrt{6}. }[/math] |
Изменение цвета
Сильное взаимодействие между кварками осуществляется путём обмена глюонами. При этом кварки меняют свой цвет. Пример такого изменения схематически изображён на рисунках:
-
Барион, состоящий из 3 кварков (красного, зелёного, синего), перед сменой цветов
-
В процессе взаимодействия кварк, на рисунке красный, излучает глюон, на рисунке красно-антизелёный, становясь при этом зелёным.
-
Зелёный кварк поглощает красный-антизелёный глюон и становится красным.
-
Анимация взаимодействия в нейтроне.
Литература
- Р.Фейнман. КЭД-странная теория света и вещества. М.Наука.1988.стр.118-122.
- Georgi, Howard (1999), Lie algebras in particle physics, Perseus Books Group, ISBN 978-0-7382-0233-4.
- Griffiths, David J. (1987), Introduction to Elementary Particles, New York: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-60386-3.
- Christman, J. Richard (2001), Colour and Charm, <http://www.physnet.org/modules/pdf_modules/m283.pdf>.
- Hawking, Stephen (1998), A Brief History of Time, Bantam Dell Publishing Group, ISBN 978-0-553-10953-5.
- Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion, Taylor & Francis, ISBN 978-1-58488-798-0.