5.9 Семейство кварков

Главная ／ Глава 5: Микроскопические частицы

Коротко:
В материализованном образе Теории энергетических нитей (далее в тексте: Теория энергетических нитей (EFT) при первом упоминании) кварк — это не точка, а открытая единица из «микро-ядра нити» и «цветового канала». Ядро — очень короткий и плотный узел, который задаёт хиральность и обеспечивает часть спина и собственной энергоёмкости. Цветовой канал — это коридор высокой натяжённости, вытянутый из моря энергии (Energy Sea); это не твёрдая трубка и не вторая нить. Устойчивая конфигурация возникает только при стыковке с другими кварками, когда замыкается энергетический баланс. Поэтому долго живут лишь в целом бесцветные составные частицы (мезоны, барионы, связанные состояния с обилием глюонов), а изолированный кварк макроскопически не выделяется. Далее используется полная форма Теория энергетических нитей без аббревиатуры.

I. Минимальная физическая картина: ядро + цветовой канал (три цвета = три взаимозаменяемые хода)

• Ядро нити:
  Крошечный узел энергетической нити (Energy Threads) в море энергии. Он определяет хиральность и вносит вклад в спин и инерцию (собственную энергию поддержания). Различия по «вкусу» (up, down, strange, charm, bottom, top) можно понимать как различие порядка намотки и фазовых режимов.
• Цветовой канал (коридор нитевого цвета):
  Суть в том, что извлекается не тело нити: цветовой порт на ядре возбуждает в море энергии натяжённый коридор. «Цвет» — это три независимые, но взаимозаменяемые ориентационные траектории.
  Конфайнмент по ориентации: когда в составе векторная сумма трёх ориентаций равна нулю (бесцветное состояние), дальнее поле запирается, и структура становится устойчивой.

Уточнение: цветовой коридор — не вещественный объект, а пространственная полоска ориентации под натяжением. Глюоны — это пакеты фазы и энергии, которые бегут по коридору при обмене или реконнекции; это не «шарики».

II. Материализованный конфайнмент: почему изолированный кварк не наблюдается

Рассмотрим две раздвигаемые кварковые «заготовки», соединённые высоконатянутым коридором:

• Чем дальше тянем, тем дороже платим: натяжение коридора почти постоянно, поэтому энергия растёт почти линейно с расстоянием.
• Более выгодный выход: превысив порог, море энергии реконнектируется примерно посередине и нуклеирует пару кварк–антикварк (q–q̄), разрывая длинный коридор на две короткие ветви, которые замыкаются в мезоны.

Итог: в экспериментах видны джеты и «дождь мезонов», а не выдёрнутый поодиночке кварк.

III. Как «собираются» адроны: мезоны, барионы и Y-замыкание

• Мезон (q + q̄):
  Почти прямой цветовой коридор стыкует два ядра нити; весь объект бесцветен.
• Барион (q + q + q):
  Три цветовых коридора сходятся в пространстве в Y-узел, что энергетически выгоднее, чем треугольный периметр. Сумма трёх ориентационных векторов равна нулю, структура замкнута.
• Обмен глюонами:
  Пакеты фазы/потока бегут по коридорам и перераспределяют занятость между тремя ходами — это и проявляется как обмен цветом.

IV. Вкусы (up, down, strange, charm, bottom, top): порядок намотки и время жизни

• Более высокий порядок намотки или режим означает большие затраты нуклеации; частица тяжелее и быстрее распадается, стремясь к более низким порядкам.
• Топ-кварк крайне тяжёл и распадается очень быстро, часто не успевая адронизоваться, что согласуется с наблюдениями.

V. Масса, заряд и спин: где сходится баланс

1. Масса: две статьи расходов
   • Собственная энергия ядра (кривизна/кручение).
   • Энергия натяжения в цветовом коридоре (его «энергетический запас»).
     Так утверждение «основная часть массы протона возникает из сильного взаимодействия» становится наглядным: натяжение в тонких коридорах существенно превосходит «голую массу» кварков.
2. Заряд (почему кратен одной трети)
   Электромагнитный облик кварка обусловлен направленной поляризацией ближнего поля вокруг ядра. Часть этого направленного бюджета поглощается цветовым коридором, и его проекция в электромагнитный облик даёт дробные значения: тип up сохраняет больше (+2/3), тип down меньше (−1/3).
   Численная согласованность: значения зарядов остаются строго ±1/3 и ±2/3; мы лишь даём материализованное обоснование, не меняя чисел.
3. Спин (кто и насколько вносит вклад)
   Глобальный закрут ядра вместе с торсионными волнами и угловым моментом глюонов в коридоре формирует эффективный спин. Внутренние доли отличаются от адрона к адрону и объясняют экспериментальные разложения спина, где спин кварков — лишь часть суммы.

VI. Масштабное поведение: почти свобода на малых, сильная связь на больших расстояниях

• Очень малые расстояния (высокое Q²):
  Когда ядра сближаются, сечение коридора расширяется, импеданс падает; обмен напоминает «широкополосный тоннель», и кварки кажутся почти свободными (асимптотическая свобода).
• Разведение (низкое Q²):
  Коридоры становятся тоньше и жёстче; энергия примерно пропорциональна расстоянию. Система склонна рваться и порождает пары, возвращаясь к замкнутым адронным формам (конфайнмент).

Так асимптотическая свобода и конфайнмент оказываются в одном энергетическом счёте.

VII. Сопоставление со Стандартной моделью (языковой мост, без конфликта)

• Три цвета ↔ три ориентационных коридора (геометрическая визуализация цветовых ходов).
• Глюоны ↔ фазово-поточные пакеты, которые переносят занятость по коридорам, а не «шарики».
• Конфайнмент и джеты ↔ линейный рост энергии с расстоянием + реконнекция с рождением пар.
• Внутренняя структура адронов ↔ мезон с прямым коридором и барион с Y-узлом.
• Масса главным образом от сильного взаимодействия ↔ натяжение коридора + собственная энергия ядра доминируют.
• Дробный заряд ↔ ЭМ-проекция поляризации ближнего поля после поглощения цветовыми коридорами.
• Неадронизация топ-кварка ↔ время нуклеации больше времени распада.

VIII. Граничные условия (ключевые пункты в согласии с данными)

• Глубоко неупругое рассеяние (DIS) и партонная картина:
  При высоком Q² и в DIS описание сходится к партонному; функции распределения партонов (PDF) и скейлинговые законы сохраняются.
• Электромагнитная согласованность:
  Заряды остаются ±1/3 и ±2/3. Фактор-формы и их энергетическая зависимость согласуются с измерениями.
• Спектроскопия и адронизация:
  Спектры резонансов, топологии джетов и функции фрагментации лежат в пределах погрешностей. Интуитивные выражения «линейный потенциал + разрыв с рождением пар» не должны вносить ложные пики.
• Сохранения и динамическая устойчивость:
  Строго соблюдаются сохранения цвета, вкуса, энергии, импульса, углового момента и барионного числа. Нет обратной причинности и самоускоряющихся нестабильностей.
• Визуализация ≠ новые числа:
  Метафоры коридор/пакет/Y-узел — лишь интуитивные образы; параметры и подгонки стандартной практики не меняются.

В итоге
Кварк — это ядро нити плюс цветовой канал. Канал — траектория высокой натяжённости из моря энергии, которая связывает несколько ядер в бесцветное целое. Чем сильнее тянем, тем выше цена, пока реконнекция не создаст новую пару и не вернёт систему к замкнутым адронам. Поэтому мы наблюдаем джеты и адроны, а не отдельные кварки; так же естественно объясняются масса, спин и дробный заряд в этой материализованной картине.

Рисунки

1. Одиночный модуль «кварк» (ядро + зарождающийся коридор)

• Смысл: одиночный кварк — открыт; ему нужно состыковаться с другими, чтобы быть стабильным.
• Опорные метки: двойное кольцо = ядро; светлая дуга = цветовой коридор; жёлтое = глюонный пакет; серый градиент = мелкая «чаша» дальнего поля.
• Глюон: жёлтый «арахисообразный» пакет движется по коридору; это фазо-энергетический пакет (акт обмена/реконнекции), а не шар.
• Фазовый фронт: синяя дуга с утолщённой передней кромкой на ядре указывает на синхронизацию фазы.
• Основной контур: слева ядро (двойное кольцо, плотное, самоопорное), вправо тянется светлая дуга — цветовой коридор (полоса натяжения, не твёрдая трубка).

2. Мезон (q + q̄, замыкание прямым коридором)

• Смысл: мезон — это «один прямой коридор», замкнутый на обоих концах.
• Метки: двойные кольца на концах = ядра q и q̄; центральная светлая полоса = коридор; жёлтый пакет = глюон; без электрических стрелок (бесцветность).
• Фазовые фронты: по синей дуге на концах; жёлтый пакет в середине показывает обмен цветом.
• Основной контур: по ядру с каждой стороны, связанные почти прямым коридором; система бесцветна.

3. Барион (см. §§ 5.6 Протон и 5.7 Нейтрон)
   1. Три кварка, три коридора, сходящиеся в центральный Y-узел. Остальные слои (двойные линии ядра, синие фазовые дуги, «переходная подушка», тонкие дальнеполевые линии и концентрический градиент) следуют той же визуальной системе.