5.9 Родина кварків

Головна ／ Розділ 5: Мікроскопічні частинки

Один речення підсумку:
В інтуїтивному зображенні Теорії енергетичних філаментів (EFT) кварк — це не «точка», а відкрита одиниця: мікроскопічне ядро філамента з зовнішнім кольоровим каналом, який має з’єднатися з іншими, щоб замкнути загальний енергетичний баланс. Тому довго існують лише безкольорові комбінації, а ізольований кварк неможливо виділити в макромасштабі. Надалі вживаємо лише назву Теорія енергетичних філаментів.

I. Мінімальна фізична картина: ядро філамента + кольоровий канал (три кольори = три взаємозамінні канали)

• Ядро філамента:
  Дуже короткий і щільний вузол енергетичного філамента в «морі енергії». Воно задає основу хіральності, дає частку спіну і частку витрат самопідтримки (ефективна інерція). Відмінності «смаку» (up, down, strange, charm, bottom, top) доречно тлумачити як різні порядки намотування та фазові моди.
• Кольоровий канал:
  Це не матеріальна порожниста трубка і не другий філамент; це коридор ув’язнення з великою напругою, що «активується» в морі енергії кольоровим кінцем ядра — шлях із нижчою імпедансою. «Колір» означає три незалежні, але взаємозамінні орієнтаційні канали.
  Орієнтація для ув’язнення: Коли орієнтації у комбінації векторно сумуються до нуля (безколірність), далеке поле «закривається», і структура стає сталою.
• Ключ до читання:
  Кольоровий канал — не матеріальна стінка, а просторовий пояс, витягнутий із моря енергії механізмом «напруга–орієнтація». Глюон — це хвильовий пакет фази й енергії, що біжить цим поясом — локальна подія обміну/перепід’єднання, а не «маленька кулька».

II. Ув’язнення в матеріальному образі: чому ми не бачимо «одинокий кварк»

Уявімо два кварки, розтягнуті в різні боки і з’єднані одним коридором великої напруги:

• Чим далі тягнемо, тим більший «рахунок»:
  Напруга коридору приблизно стала, тож повна енергія зростає майже лінійно з відстанню.
• Більш «економний» вихід:
  Коли натяг перевищує поріг, море енергії перепід’єднується посередині та зароджує пару кварк–антикварк, «розрізаючи» довгий коридор на два коротші, які кожен замикається в мезон.

Наслідок: В експериментах ми бачимо джети й «дощ мезонів», а не витягнутий поодинокий кварк.

III. Як «зчіплюються» адрони: мезони, баріони та Y-подібне замикання

• Мезон (q + q̄):
  Майже прямий кольоровий канал з’єднує два ядра філаментів; система загалом безкольорова.
• Баріон (q + q + q):
  Три кольорові канали сходяться у просторовий вузол Y-подібної форми (енергетично вигідніше за «трикутну обвідну»). Три орієнтації в сумі дають нуль, і вся система замикається.
• Обмін глюонами:
  Хвильові пакети фази/потоку, що біжать каналами, переносять «зайнятість» між трьома гілками; це проявляється як обмін кольором.

IV. Інтуїція щодо смаків: порядок намотування та тривалість життя

• Вищий порядок/мода → більша вартість зародження → більша ефективна маса і коротший час життя → тенденція розпадатися до нижчих мод.
• Кварк top надзвичайно важкий і дуже швидко розпадається, часто не встигаючи адронізуватися з партнерами — у згоді зі спостереженнями.

V. Маса, електричний заряд і спін: звідки беруться «статті балансу»

1. Маса: два реєстри в одному
   • Власна енергія ядра філамента (кривина/скручування).
   • Енергія напруги коридору («енергетичний запас» у каналі).
     Так твердження «більша частина маси протона походить від сильної взаємодії» набуває конкретики: рахунок напруги у тонких каналах домінує над «голою масою» кварків.
2. Електричний заряд (чому кратний третині):
   Електромагнітний образ витікає з напрямленої поляризації поблизу ядра філамента. Частину цього «бюджету напрямку» займає кольоровий канал; після електромагнітної проєкції лишаються дробові одиниці: для типу up більше (+2/3), для типу down менше (−1/3). Числові значення лишаються стандартними (±1/3, ±2/3); тут ми подаємо матеріальне обґрунтування, не змінюючи чисел.
3. Спін (хто і скільки додає):
   Підсумок складається зі скручування на рівні ядра плюс торсійні хвилі та кутовий момент глюонів у каналах. В адронах «розклад витрат» різниться, що інтуїтивно пояснює дані розщеплення спіну (спін кварків — лише частка загального).

VI. Поведінка за масштабами: «асимптотична свобода» зблизька, «сильне зв’язування» здалеку

• Дуже близько (високий (Q^2)):
  Коли ядра зближуються, ефективний переріз каналу розширюється, а імпеданса спадає; обмін усе більше нагадує «широкосмуговий тунель», тож кварки виглядають вільнішими — це асимптотична свобода.
• За розтягування (низький (Q^2)):
  Канал стає тоншим і тугішим; енергія зростає майже пропорційно відстані. Система схильна розриватися і народжувати пари, після чого повертається до замкнених безкольорових форм — це ув’язнення.

Суть: Асимптотична свобода й ув’язнення — дві сторони одного енергетичного реєстру.

VII. Відповідники у Стандартній моделі (міст мови, а не суперечка)

• Три кольори ↔ три орієнтаційні канали з наочною геометрією.
• Глюони ↔ хвильові пакети фази/потоку, що рухаються каналами (вони «доставляють зайнятість», а не є кульками).
• Ув’язнення і джети ↔ лінійне зростання енергії з відстанню + народження пар завдяки перепід’єднанню.
• Внутрішня структура адронів ↔ мезон замикається «прямим каналом», баріон — вузлом типу Y.
• Маса головно зі сильної взаємодії ↔ напруга каналу + власна енергія ядра філамента домінують.
• Дробові заряди ↔ електромагнітна проєкція з урахуванням «зайнятості кольорового каналу» у поляризації ближнього поля.
• Відсутність адронізації для кварка top ↔ час зародження більший за час розпаду.

VIII. Граничні умови (стисло | узгоджено з наявними даними)

• Глибоке нееластичне розсіяння (DIS) і партони:
  За високого (Q^2) і в режимі глибокого нееластичного розсіяння картина збігається з описом партонами і не змінює функцій розподілу партонів (PDFs) ані відомих законів масштабування.
• Електромагнітна узгодженість:
  Заряди залишаються на рівні ±1/3 і ±2/3; електромагнітні формфактори та їхня енергетична залежність відповідають вимірюванням.
• Спектроскопія й адронізація:
  Резонансні спектри, топології джетів і функції фрагментації лишаються в межах похибок; наратив «лінійний потенціал — розрив і народження пар» — це мова візуалізації й не має вводити нових, не спостережених піків.
• Закони збереження й динамічна сталість:
  Строго зберігаються колір, смак, енергія, імпульс, кутовий момент і баріонне число; немає «наслідку до причини» чи неконтрольованого розгону.
• Візуалізація ≠ нові числа:
  Терміни на кшталт канал, хвильовий пакет і Y-вузол — допоміжні інтуїції; вони не змінюють параметрів і стандартних підгонок.

IX. Одне речення на завершення

Кварк = мале ядро філамента + кольоровий канал. Кольоровий канал — це коридор великої напруги, витягнутий із моря енергії, що «замикає» кілька ядер у безкольорове ціле; що дужче тягнути, то вищим стає енергетичний рахунок, доки перепід’єднання не народить пари і система не повернеться до замкнених адронів. Саме тому ми спостерігаємо джети й адрони, а не поодинокі кварки; маса, спін і дробові заряди займають на цій самій, матеріалізованій мапі чітко окреслені місця.

X. Рисунки

1. Одиниця одного кварка (ядро філамента + ініціювальний кольоровий канал):

• Акцент: Окремий кварк — відкрита одиниця; для стабільності йому потрібне стикування каналом з іншими.
• Ключі для читання: Подвійне кільце = ядро філамента; блідо-блакитна дуга = кольоровий канал; жовтий = глюоноподібний пакет; сірий градієнт = мілка чаша.
• Глюон: Жовтий «арахісоподібний» хвильовий пакет на каналі — це пакет фази–енергії, що рухається вздовж каналу (подія обміну/перепід’єднання), а не сферична частинка.
• Фазовий передній край: Синя фазова дуга на ядрі (потовщений носик) відображає фазове зчеплення.
• Головне: Ліворуч мале подвійне кільце позначає ядро (самопідтримуваний центр із товщиною). Праворуч тягнеться блідо-блакитна дуга як кольоровий канал (пояс ув’язнення напругою, а не матеріальна трубка).

2. Мезон (q + q̄, замикання «прямим каналом»):

• Акцент: Мезон замикає два кінці «прямим каналом».
• Ключі для читання: Подвійні кільця на кінцях = ядра q та q̄; блідо-блакитний пояс = канал; жовтий пакет = глюоноподібний обмін; без електричних стрілок (безколірність).
• Фазовий передній край: По синій фазовій дузі на кожному кінці; розмістіть жовтий пакет у середині каналу, щоб показати обмін кольором.
• Головне: Два ядра ліворуч і праворуч з’єднані майже прямим кольоровим каналом; система безкольорова.

3. Баріон (ескіз; див. §5.6 протон і §5.7 нейтрон):
   Три кварки; три кольорові канали, що сходяться у центральний Y-вузол. Інші шари (подвійні лінії ядра, сині фазові мітки, перехідні «подушки», тонкі лінії/концентричні градієнти в далекому полі) дотримуються тієї самої схеми.