Quark - är att en partikel? Ta reda på vad den består av kvarkar. Vad partikel är mindre än en kvark?

Bara ett år sedan, Peter Higgs och Fransua Engler fick Nobelpriset för sitt arbete, som ägnades åt studiet av subatomära partiklar. Detta kan tyckas löjligt, men hans upptäckter forskare har gjort ett halvt sekel sedan, men i dag de inte gav men lite big deal.

År 1964, två mer begåvade fysiker utförde också med sin banbrytande teori. Först hon lockade också nästan ingen uppmärksamhet. Det är konstigt, eftersom det beskrivna struktur hadroner, som är nödvändiga för någon stark interatomär interaktion. Detta var teorin om kvarkar.

Vad är det?

Förresten, vad är en kvark? Detta är en av de viktigaste beståndsdelarna i en hadron. Viktigt! Denna partikel har en "halv" spin, faktiskt vara en fermion. Beroende på färgen (se nedan) kvark laddning kan vara lika med den tredje eller två tredjedelar av laddningen av en proton. När det gäller färger, av vilka det finns sex (generation kvarkar). De är nödvändiga för att inte bryta mot principen om Pauli.

basinformation

Som en del av dessa partiklar hadroner är på ett avstånd som inte överstiger värdet av instängdhet. Anledningen är enkel: de utbyter vektorer mätare fält, det vill säga gluoner. Varför är det så viktigt kvark? Gluon plasma (mättad kvarkar) - ett tillstånd av materia i vilken hela universum omedelbart efter Big Bang. Således förekomsten av kvarkar och gluoner - en direkt bekräftelse på att han verkligen var.

De har också sin egen färg, men på grund av rörelsen skapar sina virtuella kopior. I enlighet därmed, när avståndet mellan kvark kraft mellan dem ökas avsevärt. Som man kan föreställa sig, med ett minsta avstånd på interaktion praktiskt taget försvinner (asymptotisk frihet).

Sålunda, varje stark växelverkan i hadroner grund av övergången av gluoner mellan kvarkar. Om vi talar om samspelet mellan hadroner, förklarar överföringen av pi-meson resonans. Enkelt uttryckt, alla indirekt åter reduceras till utbyte av gluoner.

Hur kvark del av nukleoner?

Varje neutron består av ett par av d-kvark och tazhe enda u-kvark. Varje proton Tvärtom - av den gemensamma d-kvark par u-kvark. Förresten sett är bokstäverna placeras beroende på kvantnummer.

Låt oss förklara. Till exempel är betasönderfall förklaras ganska omvandlingen av en av samma typ av kvarg i en nukleon komposition till en annan. Att bättre förstås som en formel denna process kan skrivas så här: d = u + w (denna neutron sönderfall). Följaktligen är proton skriven något annorlunda formel: u = d + w.

För övrigt är det den senare processen förklaras av en stadig ström av neutriner och positroner för de större stjärnhopar. Så omfattningen av universum lite mindre viktigt partikel, som är en kvark-gluonplasma, som vi redan har sagt, bekräftar Big Bang, och studiet av dessa partiklar tillåter forskare att bättre förstå essensen av världen som vi lever i.

Med mindre än en kvark?

Förresten, vad den består av kvarkar? De är en del preons. Dessa partiklar är mycket små och dåligt förstådd, så att även i dag de är kända inte så mycket. Här är mindre kvarkar.

Var kom de ifrån?

Idag preons två hypoteser den vanligaste formen: string theory och teorin om Bilson-Thompson. I det första fallet, förekomsten av data partikel förklaras strängsvängning. Den andra hypotesen tyder på att deras utseende orsakas av det exciterade tillståndet av tid och rum.

Det är intressant att i det andra fallet är det möjligt att beskriva fenomenet, med användning av en matris av parallella transport längs kurvor av spinn-nätverk. Egenskaperna hos denna matris själv och bestämma de för preons. Det är vad den består av kvarkar.

Sammanfattningsvis kan vi säga att kvarkarna - ett slags "kvanta" i sammansättningen av hadroner. Imponerad? Och nu kommer vi att prata om hur man gör var öppen Kvarken. Detta är en mycket spännande historia som bland annat avslöjar fullt vissa detaljer som beskrivs ovan.

konstiga partiklar

Omedelbart efter slutet av andra världskriget, har forskare börjat att aktivt utforska världen av subatomära partiklar, som dittills verkade bara primitiv (för vyn). Protoner, neutroner (nukleoner) atom och elektroner bildas. År 1947 öppnade han pioner (och förutspådde dess existens 1935), som var ansvarig för den ömsesidiga attraktionen av nukleonerna i kärnan av atomer. Denna händelse är inte en vetenskaplig utställning ägnades i sin tid. Kvarkar var ännu inte öppna, men tiden för attacken mot deras "fotavtryck" närmade sig.

Neutriner vid den tiden ännu inte har upptäckts. Men deras uppenbara betydelse för att förklara betasönderfall av atomer var så stor att forskarna har lite tvivel om deras existens. Dessutom redan upptäcka eller förutsäga vissa antipartiklar. Situation förblev oklart endast med myoner som bildas under sönderfallet av pions och därefter en övergång till det neutriner, elektron- eller positron. Fysiker förstod inte, varför behöver jag denna mellanstation.

Ack, en sådan enkel och anspråkslös modell mycket kort levde öppnandet av pions. År 1947, två engelska fysikern Dzhordzh Rochester och Clifford Butler, publicerade en märklig artikel i den vetenskapliga tidskriften Nature. Hon tjänade som material för sin studie av kosmisk strålning genom molnet kammaren, då de fick prelyubopytny information. På en av bilderna tagna under observation, var det tydligt ett par spår med ett gemensamt ursprung. Eftersom skillnaden var som Latin V, sedan blev det klart - laddningen av dessa partiklar är definitivt annorlunda.

Forskare gång anta att dessa spår indikerar det faktum att kollapsen av någon okänd partikel som inte är kvar andra spår. Beräkningar visar att dess massa - ca 500 MeV, som är mycket större än detta värde för elektronen. Naturligtvis har forskarna namngav deras öppnings V-partikel. Men detta var inte Kvarken. Denna partikel fortfarande väntar i kulisserna.

Bara början

Med denna upptäckt, det hela började. År 1949, under samma förhållanden partikel spår hittades, vilket gav upphov till bara tre pions. Det stod snart klart att hon, liksom V-bit - helt olika familjemedlemmar, som består av fyra partiklar. Senare kallades K-mesoner (kaonerna).

Ett par laddade kaonerna har en massa 494 MeV, och i fallet med neutral laddning - 498 MeV. Förresten, i 1947, forskare hade turen att fånga precis samma mycket sällsynta fall en positiv Kaon sönderfaller, men då de bara kunde inte korrekt tolka bilden. Men för att vara helt rättvis, det är faktiskt den första observationen av en Kaon gjordes tillbaka i 1943, men information om det var nästan förlorade mot bakgrund av ett stort antal efterkrigstidens vetenskapliga publikationer.

nya underligheter

Och sedan forskarna väntade ytterligare upptäckter. 1950 och 1951, forskare från universiteten i Manchester och Melnburskogo lyckats hitta en partikel är mycket tyngre än protoner och neutroner. Hon hade en gång utan kostnad, men sönderfaller till en proton och en pion. Den senare, som ni kan berätta, hade en negativ laddning. En ny partikel betecknad med bokstaven Λ (lambda).

Ju mer tiden gick, desto mer frågor uppstår från forskarna. Problemet var att de nya partiklarna produceras uteslutande av de starka nukleära interaktioner, snabbt brytas ned för att bilda protoner och neutroner. Dessutom visas de alltid i par, de enskilda manifestationerna gjorde aldrig. Det är därför en grupp fysiker från USA och Japan föreslog att använda i sin beskrivning av en ny kvant antal - en oddity. Enligt deras definition, det främlingskap av alla andra kända partiklar noll.

ytterligare forskning

Genombrott i forskningsstudier skedde först efter det att framväxten av en ny systematisering av hadroner. En framstående figur i detta var den israeliska Yuval Ne'eman, som ändrade hans enastående militära karriär att vara så lysande vetenskapsman.

Han påpekade att den öppna vid den tidpunkt då mesoner och baryoner förfall, bildar ett kluster av relaterade partiklar multipletter. Medlemmar i varje sådan association egendomlighet besitter helt identiska, men motsatta elektriska laddningar. Så hur den starka kärn samspelet mellan elektriska laddningar beror inte i resten av multipletter partiklar ser perfekta tvillingar.

Forskare har föreslagit att förekomsten av sådana formationer möter viss naturlig symmetri, och snart de kunde hitta henne. Det var en enkel generalisering av spin-gruppen SU (2), som forskare runt om i världen används för att beskriva kvantnummer. Det är bara vid den tiden var redan kända 23 hadroner och ryggen var lika med 0, ½ eller hela enheten, så använd denna klassificering inte var möjligt.

Som ett resultat, det hade att användas för klassificering gång två kvanttal, vilket i hög grad expanderade klassificeringen. Och det fanns en grupp av SU (3), som i början av seklet av den franska matematikern Elie Cartan. För att bestämma den taxonomiska positionen för varje partikel i det har forskningsprogrammet tagits fram av forskare. Kvarg därefter lätt ingått en systematisk serie, vilket bekräftade den absoluta riktighet av experter.

Nya kvantnummer

Så forskarna har kommit till idén att använda en abstrakt kvantnummer, som blir hypercharge och isotop spinn. Men det är med samma framgång möjligt att ta främling och elektrisk laddning. Detta system har konventionellt som heter åttafaldiga vägen. Detta fångas analogi med buddhismen, var att uppnå nirvana måste också passera åtta nivåer. Men allt detta texter.

Neeman hans arbete och hans kollega, Gell-Mann, som publicerades 1961, och antalet den då kända mesoner inte översteg sju. Men i deras papper, inte forskarna var rädda för att nämna den höga sannolikheten för förekomsten av den åttonde meson. Även i 1961, är deras teori briljant bekräftats. Fann en partikel kallad eta meson (den grekiska bokstaven η).

Ytterligare upptäckter och experiment bekräftade briljant riktigheten av den absoluta klassificeringen av SU (3). Detta blev ett kraftfullt incitament för forskare som har funnit att de är på rätt spår. Även Gell-Mann hade ingen tvekan i det faktum att det i naturen finns kvarkar. Recensioner av hans teorier var inte mycket positivt, men vetenskapsmannen var övertygad om att han hade rätt.

Här och kvarkar!

Strax efter artikeln "En schematisk modell av baryoner och mesoner." I den kunde forskarna att vidareutveckla idén om systematisering, som har visat sig vara så användbart. De fann att SU (3) är helt antar existensen av hela trillingar fermioner, den elektriska laddningen varierar från 2/3 till 1/3 och 1/3, där i tripletten en partikel är alltid olika nonzero egendomlighet. Redan välkända för oss Gell-Mann kallade dem "elementarpartiklar kvarkar."

Enligt anklagelserna, märkt han dem som u, d och s (från de engelska orden uppåt, nedåt och konstigt). I enlighet med det nya systemet, var och en bildad av tre baryon kvarg. Mesoner arrangeras mycket lättare. De innehåller en kvark (denna regel är oföränderliga) och en antikvark. Först efter att det vetenskapliga samfundet blev medvetna om förekomsten av dessa partiklar, vilka är föremål för vår artikel.

Lite mer historia

Denna artikel, som till stor del bestäms utvecklingen av fysikens under de kommande åren, har en ganska intressant historia. Gell-Mann tänkte på förekomsten av sådana trillingar långt innan den offentliggörs, men ingen att diskutera sina antaganden. Det faktum att hans antagande om förekomsten av partiklar som har en bråkdel laddning, såg ut som rappakalja. Men efter ett samtal med en enastående teoretisk fysiker Robert Serber han fick veta att hans kollega har gjort exakt samma slutsatser.

Dessutom forskare gjorde det enda rätta slutsatsen att förekomsten av sådana partiklar är endast möjligt om de inte är gratis fermioner och är en del av hadroner. I själva verket, i detta fall, är deras avgifter integrerade! Först Gell-Mann kallade dem kvorkami och även nämnt dem i MTI, men reaktionen av elever och lärare var mycket lågmäld. Därför är en vetenskapsman under en lång tid att tänka på om han skulle göra sin forskning till allmänheten.

Ordet "kvark" (detta låter som rop ankor) togs från verk av James Joyce. Märkligt nog, men den amerikanska forskaren sände sin artikel i den ansedda europeiska vetenskapliga tidskriften Physics Letters, eftersom allvar fruktade att en liknande översyn av nivån på den amerikanska upplagan av Physical Review Letters inte kommer att acceptera den för publicering. Förresten, om du vill söka efter åtminstone en kopia av artikeln - du raka vägen till samma Berlin museum. Kvarkar i hans utläggning är inte tillgängliga, men den fullständiga historien om deras upptäckt (eller snarare, dokumentation) är.

Beginning kvarg revolution

I rättvisans namn bör det noteras att nästan samtidigt till samma tanke kom från CERN forskare, Dzhordzh Tsveyg. Först hans mentor var själv Gell-Mann och sedan Richard Feynman. Zweig definieras också verklighet fermioner, som hade en bråk kostnad, men kallade dem ess. Dessutom, en begåvad fysiker ansåg också baryoner som de tre kvarkarna, och mesoner - som en kombination av en kvark och en antikvark.

Enkelt uttryckt, elev till sin lärare slutsatser helt upprepade bortsett från det. Hans arbete har dykt upp ännu ett par veckor före offentliggörandet av Mann, men bara som en "hemmagjord" institution. Det är dock förekomsten av två oberoende verk där resultaten var i stort sett identiska, en gång övertygad om vissa forskare trohet till den föreslagna teorin.

Från avslag att lita på

Men många forskare har tagit denna teori är inte omedelbart. Ja, journalister och teoretiker snabbt blev kär i henne för tydlighet och enkelhet, men allvarliga fysiker har accepterat det först efter så länge som 12 år. Du bör inte klandra dem för överdriven konservatism. Det faktum att den ursprungliga teorin om kvarkar i skarp kontrast till uteslutningsprincipen Pauli, som vi nämnde i början av denna artikel. Om vi antar att protonen innehåller ett par U-kvarkar och det enda d-kvark, bör det första vara strikt i samma kvanttillstånd. Enligt Pauli, är detta omöjligt.

Det var då och det fanns en ytterligare kvanttalet, uttryckt som en färg (som vi nämnde ovan). Dessutom är det oklart hur allmän kvark elementarpartiklar interagerar med varandra, varför inte uppfyller deras fria arter. Alla dessa mysterier bidrog kraftigt riva mätaren fältteori, som "kom att tänka på" först i mitten av 70-talet. Ungefär samtidigt, kvark teorin om hadroner naturligt ingår i det.

Men mest av allt hämmat utvecklingen av teorin om den fullständiga frånvaron av åtminstone en del av de experimentella tester som skulle bekräfta både förekomsten av och samspelet mellan kvarkar och andra partiklar. Och de gradvis började dyka upp först i slutet av 60-talet, då den snabba utvecklingen av teknik tillåts för upplevelsen av en "transmission" elektronstrålar av protoner. Det är dessa erfarenheter har möjlighet att bevisa att inuti protoner verkligen "gömma" vissa partiklar, som ursprungligen kallades partons. Därefter fortfarande övertygad om att det är ingenting som en riktig kvark, men det var först i slutet av 1972.

experimentell bekräftelse

Naturligtvis, för de sista vetenskapliga gemenskap tro det tog en mycket mer experimentella data. 1964, har James Bjorken och Sheldon Glashow (framtida nobelpristagaren, förresten) föreslås, även om det kan finnas en fjärde quark art, som de heter Charmed (Förhäxad).

Det är tack vare denna hypotes, forskare i 1970 kunde förklara de många underligheter som har observerats i förfall av neutrala kaonerna laddade. Efter fyra år, var bara två oberoende grupp amerikanska fysiker kunna åtgärda Meson förfall, som innehöll bara en "charmade" kvark och dess antikvark. Det är inte konstigt att denna händelse en gång dubbade novemberrevolutionen. För första gången kvark teori var mer eller mindre "visual" bekräftelse.

Vikten av öppnandet av nämnda åtminstone att projektledaren, Samuel Ting och Burton Richter, två år senare fick hans Nobelpris: En händelse återspeglas i många artiklar. Med några av dem hittar du i original, om du besöker New York Museum of Natural History. Kvarkar, och som vi redan har sagt - en mycket viktig upptäckt i modern tid, och därför uppmärksamhet i forskarvärlden som betalas till dem väldigt mycket.

sista utväg

Endast i 1976, forskarna fann en partikel med icke-noll charm, den neutrala D-meson. Detta är en ganska komplex kombination av en Förhäxad kvarg och u-antikvark. Här även de inbitna fiender förekomsten av kvarkar tvingades erkänna sanningen i teorin, först beskrevs mer än två decennier sedan. En av de mest kända teoretiska fysiker, Dzhon Ellis, som kallas charm "lever som förändrade världen."

Snart listan över nya upptäckter kom in och ett par mycket massiva kvarkar, topp och botten, som är lätt kunna relatera med redan antagits vid tidpunkten för beställning av SU (3). Under de senaste åren, forskare säger att det finns så kallade tetrakvark att vissa forskare har döpt "hadron molekyler."

Några av resultaten och slutsatserna

Det bör förstås att öppningen och vetenskaplig motivering för existensen av kvarkar, i själva verket kan du säkert utgå från att den vetenskapliga revolutionen. Det kan anses början av 1947 (i själva verket 1943), och i slutet av det faller på den första upptäckten av "Förhäxad" mesoner. Det visar sig att varaktigheten av den sista dagen i öppnandet av en sådan nivå är, varken mer eller mindre, så många som 29 år (eller till och med 32 år)! Och hela denna tid har spenderats inte bara för att finna en kvark! Gluon plasma som det primära syftet i universum lockade snart betydligt mer uppmärksamhet åt forskare.

Men ju mer komplext blir det en ämnesområde, desto längre tid tar att genomföra de verkligt viktiga upptäckter. Och när vi diskuterar partiklarna kan betydelsen av denna upptäckt inte underskatta någon. Att studera struktur kvarkar, kommer personen att kunna tränga djupare in i universums mysterier. Det är möjligt att först efter slutföra sina studier kan vi lära hur big bang och universum utvecklas enligt vilka lagar. I varje fall är det möjligt att öppna dem för att övertyga många fysiker att verkligheten omkring oss är mycket svårare tidigare föreställningar.

Så vet du vad en kvark. Denna partikel vid den tiden orsakade en sensation i den vetenskapliga världen, och i dag forskare hoppfull äntligen avslöja alla sina hemligheter.