Quark - estas tiu de partiklo? Eltrovu kio ĝi konsistas kvarkoj. Kio partiklo malgrandaj ol quark?

Nur unu jaro, Peter Higgs kaj Fransua Engler gajnis la Nobel-premion por sia laboro, kiu estis dediĉita al la studo de subatoma partikloj. Tiu eble ŝajnas ridinda, sed liaj malkovroj sciencistoj faris duonjarcento, sed gxis nun ili ne tamen iomete granda interkonsento.

En 1964, du pli talenta fizikisto ankaŭ prezentis kun lia groundbreaking teorion. Unue, ŝi ankaŭ altiris preskaŭ neniun atenton. Ĝi estas stranga, ĉar ĝi priskribis la strukturon de hadronoj, kiuj estas nepre necesaj por iu forta interatómicas interago. Ĉi tiu estis la teorio de la kvarkoj.

Kio estas?

Parenteze, kio estas quark? Tio estas unu el la plej gravaj eroj de hadrón. Grava! Ĉi tiu ero havas "duono" spino, fakte estante fermión. Depende de la koloro (vidu sube) quarks zorge eble egala al la tria aŭ du trionoj de la akuzo de protono. Koncerne la kolorojn, el kiuj estas ses (generacio de kvarkoj). Ili estas necesaj, por ne malobservi la principon de Pauli.

bazaj informoj

Kiel parto de tiuj partikloj hadronoj estas je distanco de maksimume la valoro de la enfermas. La kialo estas simpla: ili interŝanĝi vektoroj kalibra kampo, tio estas, la gluones. Kial tiel grava kvarko? Gluon plasmo (saturita kvarkoj) - stato de materio en kiu la tuta universo tuj post la Praeksplodo. Laŭe, la ekzisto de quarks kaj gluones - rekta konfirmo, ke li fakte.

Ili ankaŭ havas proprajn koloro, sed pro la movado krei liaj virtualaj kopioj. Laŭe, kiam la distanco inter kvarko forto inter ili estas konsiderinde kreskis. Kiel oni povas imagi, kun minimuma distanco de interago preskaŭ malaperas (asimptota libereco).

Tiel, ajna forta interago en hadronoj pro la transiro de gluones inter kvarkoj. Se ni parolas pri la interagoj inter Hadronoj, ili klarigas la transigo de pi-mezono resono. Simple dirite, ĉiuj malrekte denove reduktita al la interŝanĝo de gluones.

Kiel kvarko parto de la nukleonoj?

Ĉiu neŭtrono konsistas el paro de d-kvarko kaj tazhe sola u-kvarko. Ĉiu protono male, - de la ununura d-kvarko paro u-kvarko. Parenteze parolantaj, leteroj estas metitaj laŭ la kvantuma nombroj.

Ni klarigi. Ekzemple, malintegriĝo beta estas klarigita tute transformo de unu el la sama tipo de kvarko en nukleono komponaĵo al alia. Esti pli bona komprenis kiel formulo tiu procezo povas esti skribita tiel: d = u + w (ĉi neŭtronoj dekadenco). Laŭe, la protono estas skribita iomete malsama formulo: aŭ = d + w.

Por iu, estas la lasta procezo estas klarigita per daŭra fluo de neŭtrinoj kaj positrones el la plej gravaj amasoj estelares. Do la skalo de la universo iom malpli gravaj partiklo, kiu estas quark-gluon plasmo, kiel ni jam diris, konfirmas la praeksplodo, kaj la studo de tiuj partikloj permesis sciencistojn por pli bone kompreni la esencon de la mondo en kiu ni vivas.

Kun malpli ol quark?

Parenteze, kio konsistas kvarkoj? Ili estas parto kaj pako preons. Ĉi tiuj partikloj estas tre malgrandaj kaj malmulta komprenita, tiel ke eĉ hodiaŭ ili estas konataj ne tiom. Ĉi tie estas pli malgranda kvarkoj.

De kie ili venis?

Hodiaŭ, la plej ofta formo preons du hipotezojn: teorio de kordoj kaj la teorio de Bilson-Thompson. En la unua kazo, la aperon de partiklo datumoj klarigis kordo oscilado. La dua hipotezo sugestas, ke ilia apero estas kaŭzita de la ekscitita stato de spaco kaj tempo.

Estas interese, ke en la dua kazo eblas priskribi la fenomenon, uzante matrico de paralela transporto laŭ kurboj de la spino reto. La proprietoj de ĉi tiu matrico mem kaj difini tiujn por preons. Tio ĝi konsistas kvarkoj.

Resumante, ni povas diri ke la kvarkoj - speco de "quanta" en la kunmetaĵo de hadronoj. Impresita? Kaj nun ni parolos pri kiel fari estis malfermita la quark. Tio ĉi estas tre ekscita rakonto ke, interalie, plene malkaŝas iujn detalojn priskribita supre.

strangaj partikloj

Tuj post la fino de la dua mondmilito, sciencistoj komencis aktive esplori la mondon de subatoma partikloj, kiuj ĝis nun ŝajnis nur primitiva (por la vido). Protonoj, neŭtronoj (nukleonoj) atomon kaj elektronoj formiĝas. En 1947 li malfermis sunfloroj (kaj antaŭdiris lian ekziston en 1935), kiu estis la respondeca de la reciproka altiro de la nukleonoj en la nukleo de atomoj. Tiu okazaĵo ne scienca ekspozicio dediĉis en lia tempo. Quarks estis ankoraŭ ne malfermita, sed la momento de la atako sur ilia "piedsigno" estis akiranta pli proksiman.

Neŭtrinoj tiutempe ankoraŭ ne malkovrita. Sed ilia evidenta graveco por klarigi la malintegriĝo beta de atomoj estis tiel granda, ke sciencistoj havas malmultan dubon pri ilia ekzisto. Krome, jam detekti aŭ antaŭvidi iu antipartículas. Situacio restis neklara nur kun muones kiu formiĝas dum la dekadenco de piones kaj poste transiro al la neŭtrinoj, elektrono aŭ pozitrono. Fizikistoj ne komprenis, kial mi devas ĉi tiu intera stacidomo.

Ho ve, tia simpla kaj senpretenda modelo tre mallonge postvivis la malfermo de la piones. En 1947, du angla fizikisto Dzhordzh Rochester kaj Clifford Butler, eldonita kurioza artikolo en la scienca revuo Nature. Ŝi servis kiel materialo por ilia studo de la kosmaj radioj tra la nubo ĉambro, dum kiuj ili ricevis prelyubopytny informon. En unu el la fotoj kaptitaj dum la observado, estis klare videbla kelkajn trakojn kun komuna origino. Ekde la diferenco estis kiel latina V, tiam evidentiĝis - la mastro de tiuj partikloj estas definitive malsamaj.

Sciencistoj iam supozis, ke tiuj spuroj indiki la fakto de la kolapso de iu nekonata partiklo kiu ne postlasis aliajn spurojn. Kalkuloj montris ke ĝia maso - ĉirkaŭ 500 MeV, kio estas multe pli granda ol ĉi tiu valoro por la elektrono. Kompreneble, la esploristoj nomis sian malfermo V-partiklo. Tamen, ĉi tiu ne estis la quark. Ĉi tiu ero estis ankoraŭ atendas en la flugilojn.

Nur la komenco

Kun ĉi tiu malkovro, ĉiu komencis. En 1949, laŭ la samaj kondiĉoj la partiklo trako estis trovita, kiu kaŭzis nur tri piones. Ĝi baldaŭ evidentiĝis, ke ŝi, same kiel la V-bita - tute alian membrojn de la familio, kiu konsistas el kvar partikloj. Poste estis nomita K-mesones (kaons).

Paro de ŝargita kaons havas mason 494 MeV, kaj en la kazo de neŭtrala zorge - 498 MeV. Por iu, en 1947, sciencistoj havis la sorton de kapti ĝuste la sama tre malofta kazo de pozitiva kaon decae, sed en tiu tempo ili simple ne povis interpreti ĝuste la bildo. Tamen, esti perfekte justa, estas fakte la unua observado de kaon estis farita denove en 1943, sed informoj pri ĝi preskaŭ perdis kontraŭ la fono de multnombraj postmilita sciencaj publikigadoj.

nova kuriozaĵoj

Kaj tiam la sciencistoj atendis plua malkovroj. En 1950 kaj 1951, investigadores de la universitatoj de Manchester kaj Melnburskogo sukcesis trovi partiklo estas multe pli peza ol protonoj kaj neŭtronoj. Ŝi denove havis zorge, sed decae en protono kaj pión. Tiu lasta, kiel vi povas diri, havis negativan ŝargon. Nova partiklo signifis per la letero Λ (lambda).

Ju pli tempo pasis, des pli demandoj ŝprucas de la sciencistoj. La problemo estis ke la nova partikloj estas produktataj ekskluzive por la forta nuklea interago, rapide detruado formi protonoj kaj neŭtronoj. Krome, ili ĉiam aperas en paroj, la sola demonstracioj neniam. Tial grupo de fizikistoj de Usono kaj Japanio proponis uzi en ilia priskribo de nova kvantuma nombro - la rareza. Laŭ ilia difino, la strangeco de ĉiuj aliaj konataj partikloj nulo.

plua esploro

Antaŭas en esploro studoj okazis nur post la apero de nova sistematización de hadronoj. Elstara figuro en ĉi tiu estis la israelaj Yuval Ne'eman, kiu ŝanĝis lian elstaran milita kariero por esti tiel brila sciencisto.

Li atentigis, ke la malfermita antaŭ la tempo la mesones kaj bariones dekadenco, formante peniko da rilatajn partikloj multiplets. Membroj de ĉiu tia asocio strangeco posedi tute identa, sed kontraŭa elektraj ŝargoj. Do kiel la fortaj nukleaj interagoj de elektraj ŝargoj ne dependas, en ĉiuj ceteraj multiplets partikloj aspektas perfekta ĝemeloj.

Sciencistoj sugestis ke la ekzisto de tiaj formacioj renkontas iujn naturajn simetrio, kaj baldaŭ ili povis trovi ŝin. Estis simpla ĝeneraligo de la spino grupo Su (2), kiu sciencistoj tutmonde uzata por priskribi la kvantuma nombroj. Tio estas nur tiutempe estis jam konata 23 hadronoj, ilia dorso estis egala al 0, ½ aŭ la tuta unuo, do uzu ĉi tiu klasifiko ne eblis.

Rezulte, ĝi devis uzi por klasifiko iam du kvantumaj nombroj, tiel pligrandigis la klasifiko. Kaj estis grupo de SU (3), kiu komence de la jarcento de la franca matematikisto Élie Cartan. Determini la taksonomia pozicio de ĉiu partiklo en ĝi, la esplorprogramo estis disvolvita de sciencistoj. Quark poste facile eniris en sistema serio, kiu konfirmis la absolutan rightness de spertuloj.

Nova kvantuma nombro

Do sciencistoj venis al la ideo uzi abstraktan kvantumaj nombroj, kiuj fariĝis hiperŝargo kaj izotopa spino. Tamen, kun la sama sukceso eblas preni la strangeco kaj elektra ŝargo. Tiu skemo estis konvencie nomita Ĝusta Vojo. Tiu estas kaptita analogio kun budhismo, kie atingi nirvana ankaŭ devas pasi la ok niveloj. Tamen, ĉiuj ĉi literoj.

Neeman lia laboro kaj lia kolego, Gell-Mann, eldonita en 1961, kaj la nombro de la tiam konata mesones ne superis sep. Sed en ilia papero, la esploristoj ne timis paroli pri la alta probableco de la ekzisto de la oka mezono. Ankaŭ en 1961, sian teorion brile konfirmita. Trovis eron nomata eta mezono (la greka litero η).

Plue malkovroj kaj eksperimentoj brile konfirmis la ĝustecon de la absoluta klasifiko de SU (3). Tiu iĝis potenca stimulo por esploristoj, kiuj trovis ke ili estas sur la ĝusta vojo. Eĉ la Gell-Mann ne dubis en tio, ke en la naturo ekzistas kvarkoj. Recenzoj de liaj teorioj ne estis tre pozitivaj, sed la sciencisto estis konvinkita, ke li pravas.

Tie kaj kvarkoj!

Baldaŭ post la artikolo "A grafika dokumento modelo de bariones kaj mesones." En ĝi, sciencistoj povis plu evoluigi la ideon de sistematización, kiu pruviĝis tiel utila. Ili trovis ke SU (3) estas tute supozas la ekziston de tuta trioj fermionoj, la elektra ŝargo varias de 2/3 al 1/3 kaj 1/3, kie en la triobla unu partiklo estas ĉiam malsama nenula strangeco. Jam konata al ni Gell-Mann nomis ilin "elementaj partikloj kvarkoj".

Laŭ la akuzojn, li etikedis ilin kiel u, d kaj s (de la anglaj vortoj supren, malsupren kaj strangaj). Konforme al la novaj skemo, ĉiu formita de tri barión kvarko. Mesones estas aranĝitaj multe pli facila. Ili enhavas unu kvarko (ĉi tiu regulo estas neŝanĝeblaj) kaj antiquark. Nur post ke la scienca komunumo iĝis konscia pri la ekzisto de tiuj partikloj, kiuj estas la temo de nia artikolo.

Iom pli historio

Tiu artikolo, kiu plejparte determinis la evoluo de fiziko en la venontaj jaroj, havas pli interesan historion. Gell-Mann pensis pri la ekzisto de tiaj trioj longe antaŭ lia publikigado, sed neniu por diskuti ilian supozoj. La fakto, ke lia supozo de la ekzisto de partikloj kiuj havas frakcian zorge, aspektis kiel stultaĵoj. Tamen, post konversacio kun elstara teoria fizikisto Robert Serber lernis ke lia kolego faris ekzakte la samajn konkludojn.

Krome, la sciencisto faras la sola ĝusta konkludo, ke la ekzisto de tiaj partikloj estas nur ebla se ili ne estas liberaj fermionoj, kaj estas parto de la hadronoj. Efektive, en ĉi tiu kazo, iliaj ŝargoj estas integritaj! Unua de Gell-Mann nomis ilin kvorkami kaj eĉ menciis ilin en MTI, sed la reago de studentoj kaj instruistoj estis tre malaltaj ŝlosilo. Tial sciencisto delonge pensis pri tio, ĉu igi sian esploradon al publiko.

La vorto "quark" (tiun sonon kiel la krio de la anasoj) estis prenita de la verkoj de James Joyce. Por stranga kiu similas, sed la usona klerulo sendis sian artikolon en la prestiĝaj eŭropaj scienca ĵurnalo Physics Letters, ĉar serioze timis ke similan revizion de la nivelo de la usona eldono de Physical Review Letters ne akceptos ĝian publikigon. Parenteze, se vi volas serĉi minimume kopion de la artikolo - vi direktos vojo al la sama Berlino muzeo. Quarks en lia planteamiento estas ne havebla, sed la plena rakonto de sia malkovro (aŭ pli ĝuste, dokumenta pruvo) estas.

Komencante kvarko revolucio

En justecon ni notu, ke preskaŭ samtempe kun la sama penso venis de CERN sciencisto, Dzhordzh Tsveyg. Unue, lia mentoro mem Gell-Mann, poste Richard Feynman. Zweig ankaŭ difinis la realo de fermionoj, kiuj havis frakcia zorge, sed nomis ilin rostas. Cetere, talenta fizikisto ankaŭ konsiderata bariones kiel la tri kvarkoj kaj mesones - kiel kombinaĵo de quark kaj antiquark.

Simple dirite, la lernanto de sia instruisto konkludoj plene ripetis, tute aparte de tio. Lia laboro aperis eĉ kelkaj semajnoj antaŭ la publikigado de Mann, sed nur kiel "memfarita" institucio. Tamen, estas la ĉeesto de du sendependaj verkoj en kiuj la trovoj estis preskaŭ identa, konvinkite iuj sciencistoj lojalecon al la proponita teorio.

De malakcepto fidi

Sed multaj esploristoj prenis tiu teorio ne tuj. Jes, ĵurnalistoj kaj teoriistoj rapide enamiĝis kun ŝi por klareco kaj simpleco, sed seriozaj fizikistoj akceptis nur post, dum 12 jaroj. Vi ne devus kulpigi ilin por troa konservativeco. La fakto ke la originala teorio de la kvarkoj en akra kontrasto kun la forigo de Pauli, kiu ni menciita komence de ĉi tiu artikolo. Se ni supozas ke la protono entenas paron de u-kvarkoj kaj la sola d-kvarko, la unua devus esti strikte en la sama kvantuma stato. Laŭ la Pauli, ĉi tiu estas neebla.

Estis tiam kaj ekzistis plia kvantuma nombro, esprimita kiel koloro (kiel ni menciis pli supre). Krome, ĝi estas neklara kiel ĝenerala kvarko elementaj partikloj interagas unu kun la alia, kial ne plenumas sian liberan specioj. Ĉiuj ĉi tiuj misteroj ege helpis malimpliki la kalibra kampo teorio, kiu "alportis al la menso" nur en la meza 70'oj. Ĉirkaŭ la sama tempo, la quarks teorio de hadronoj nature inkluzivita en ĝi.

Sed pleje malhelpis la evoluon de la teorio de la kompleta foresto de almenaŭ kelkaj el la eksperimenta testoj kiuj konfirmus ambaŭ la ekzisto kaj la interago inter kvarkoj kaj aliaj partikloj. Ili iom post iom komencis aperi nur ĉe la fino de la jaroj 60, kiam la rapida disvolviĝo de teknologio enkalkulis la sperto de "transdono" elektrono traboj de protonoj. Estas ĉi tiuj spertoj kiuj permesis pruvi, ke ene protonojn vere "kaŝi" kelkaj partikloj, kiu estis origine nomita partons. Poste, ankoraŭ konvinkita ke tio estas nenio kiel vera kvarko, sed estis nur en la fino de 1972.

eksperimenta konfirmo

Kompreneble, por la fina scienca komunumo kredoj ĝi prenis multe pli eksperimentaj datumoj. En 1964, James Bjorken kaj Sheldon Glashow (estonta nobelpremiito, parenteze) sugestas, kvankam eble estas kvara speco de kvarko, kiujn ili nomis ravita (ĉarmita).

Estas danke al ĉi tiu hipotezo, sciencistoj en 1970 povis klarigi la multajn kuriozaĵoj kiuj estis observitaj en la dekadenco de neŭtrala kaons ŝargita. Post kvar jaroj, nur du sendependaj grupo de usonaj fizikistoj povis ripari la mezono dekadenco, kiu inkluzivis nur unu "ĉarmis" kvarko kaj ĝia antiquark. Ne estas mirinde, ke tiu evento iam nomita la novembro Revolucio. Unuafoje la quark teorio estis pli malpli "vidaj" konfirmo.

La graveco de la malfermo de diris almenaŭ tio, ke la projektestro, Samuel Ting kaj Burton Richter, du jarojn poste ricevis sian nobelpremion: Okazaĵo reflektas en multaj artikoloj. Kun kelkaj el ili vi povas trovi en la originala, se vi vizitas Nov-Jorko muzeo de natura historio. Quarks, kaj kiel ni jam diris - tre grava malkovro de la moderna epoko, kaj tial atenton en la scienca komunumo pagis al ili tre multe.

ultima rilatumo

Nur en 1976, la esploristoj faris trovi unu partiklo per ne-nulo ĉarmo, la neŭtrala D-mezono. Ĉi tiu estas iom kompleksa kombino de sorcxligi kvarko kaj u-antiquark. Ĉi tie eĉ la furiozaj malamikoj de la ekzisto de kvarkoj estis devigita agnoski la veron de la teorio, unua priskribis pli ol du jardekoj. Unu el la plej famaj teoriaj fizikistoj, Dzhon Ellis, nomita la ĉarmo de la "levilo kiu ŝanĝis la mondon."

Baldaŭ, la listo de novaj malkovroj envenis kaj paro de tre masiva kvarkoj, supro kaj malsupro, kiuj estas facile povis rilatas kun la jam adoptita en la momento de ordigo de la Su (3). En la lastaj jaroj, sciencistoj diras, ke ne estas tiel nomataj Tetraquarks ke iuj sciencistoj baptis "hadrón molekuloj."

Kelkaj el la trovoj kaj konkludoj

Oni devas kompreni ke la malfermo kaj la scienca pravigo por la ekzisto de kvarkoj, fakte, vi povas sekure supozi ke la scienca revolucio. Ĝi povas esti konsiderata la komenco de 1947 (fakte 1943), kaj la fino de ĝi falas sur la unua detekto de "ĉarmita" mesones. Montriĝas, ke la daŭro de la lasta dato de malfermo de tia nivelo estas, nek pli nek malpli, al cxiuj, 29 jaroj (aŭ eĉ 32 jaroj)! Kaj ĉiu tiu tempo estis elspezita ne nur pro trovi quark! Gluon plasmo kiel la primara objekto en la universo baldaŭ altiris multe pli da atento al sciencistoj.

Tamen, la pli kompleksa ĝi iĝas kampo de studo, la pli longa ĝi prenas por realigi la vere grava malkovroj. Kaj kiel ni diskutas la partikloj, la graveco de ĉi tiu malkovro ne povas subtaksi al iu. Studante la strukturo de kvarkoj, la persono povos penetri pli profunde en la misterojn de la universo. Eblas, ke nur post kompletigi liajn studojn oni povas lerni kiel la Big Bang kaj la universo evoluas laŭ kion leĝojn. Ĉiukaze, eblas malfermi ilin konvinki multaj fizikistoj kiuj la realaĵo ĉirkaŭ ni estas multe pli malfacila pasinteco agadoj.

Do vi scias kion quark. Ĉi tiu ero tiutempe kaŭzis senton en la scienca mondo, kaj hodiaŭ esploristoj estas esperema fine malkaŝi ĉiuj ĝiaj sekretoj.