Кварки в электрон-позитронной аннигиляции

Драма идей в познании природы

Другой пример успешного применения представлений квантовой хромодинамики дает физика процессов аннигиляции электронов и позитронов в адроны.

В рамках гипотезы кварков процесс электрон-позитронной аннигиляции в адроны выглядит следующим образом: электрон и позитрон уничтожаются и рождается электромагнитный квант. Потом этот квант уничтожается и рождается пара кварк-антикварк. Эта пара затем как-то превращается в адроны, но на вероятность процесса это последнее превращение уже не влияет. Полная вероятность аннигиляции электрона и позитрона в адроны определяется вероятностью рождения пары кварк-антикварк. Глюоиы электрически нейтральны и не дают вклада в эту вероятность.

Превращение: электрон+позитрон®электромагнитный квант®электрон+позитрон интерферирует с рассеянием электрона на позитроне. Поэтому электрон-позитронную аннигиляцию в пару электрон-позитрон экспериментально трудно выделить. В результате обоих процессов получается одно и то же. А вот превращение: электрон+позитрон®электромагнитный квант®пара мюон-антимюон может происходить только за счет аннигиляции электрона и позитрона. Именно это превращение и взяли за эталон для сравнения с аннигиляцией электрона и позитрона в адроны.

Согласно квантовой электродинамике вероятность рождения пары кварк-антикварк отличается от вероятности рождения пары мюон-антимюон только величиной заряда кварков (ее, согласно кварковой модели, надо брать дробной). Вероятность рождения пары анти-u- и u-кварка относится к вероятности рождения мюон-антимюон как 4/9; а для пар d^-d и s^-s - как 1/9. В электрон-позитронной аннигиляции может родиться любая из пар кварков. Отношение полной вероятности аннигиляции в любую пару к вероятности аннигиляции в пару мюон-антимюон должно было равняться сумме этих величин: 4/9+1/9+4/9=2/3. Тем самым отношение R вероятности аннигиляции электрона и позитрона в адроны к вероятности их аннигиляции в мюон-антимюон должно было составлять R=2/3. На опыте наблюдается величина, близкая к 2 ниже порога рождения очарованных частиц. Отличие в 3 раза связано с тем, что каждый тип кварка выступает в трех различных цветовых состояниях и все эти состояния рождаются в электрон-позитронной аннигиляции. Но почему тогда разные цвета кварков не проявляются у образующихся адронов?

Я.Б.Зельдович, М.Ю.Хлопов, 1988 год