Quark - is dié van 'n deeltjie? Uit te vind wat dit bestaan uit kwarke. Wat deeltjie kleiner as 'n kwark?

Slegs 'n jaar gelede, Peter Higgs en Fransua Engler het die Nobelprys vir sy werk, wat is gewy aan die studie van subatomiese deeltjies. Dit kan belaglik lyk, maar sy ontdekkings wetenskaplikes het 'n halfeeu gelede gemaak, maar tot vandag toe het hulle nie gee al 'n bietjie groot deal.

In 1964, twee meer talentvolle fisikus ook uitgevoer met sy baanbrekerswerk teorie. Op die eerste, gelok het ook feitlik geen aandag. Dit is vreemd, want dit beskryf die struktuur van hadrone, wat onontbeerlik is vir enige een sterk interatomiese interaksie is. Dit was die teorie van kwarke.

Wat is dit?

By the way, wat is 'n kwark? Dit is een van die belangrikste bestanddele van 'n hadron. Belangrik! Hierdie deeltjie het 'n "half" spin, eintlik 'n fermion. Afhangende van die kleur (sien onder) kwark beheer kan gelyk aan die derde of twee-derdes van die koste van 'n proton wees. Soos vir die kleure, waarvan daar ses (geslag van kwarke). Hulle is nodig ten einde die beginsel van Pauli te skend.

basiese inligting

As deel van hierdie deeltjies hadrone is op 'n afstand van hoogstens die waarde van die bevalling. Die rede hiervoor is eenvoudig: hulle ruil vektore veld meter, dit wil sê die gluons. Hoekom is dit so belangrik kwark? Gluon plasma (versadig kwarke) - 'n toestand van materie waarin al die heelal onmiddellik ná die Oerknal. Gevolglik is die bestaan van kwarke en gluone - 'n direkte bevestiging dat hy inderdaad was.

Hulle het ook hul eie kleur, maar as gevolg van die beweging van hul virtuele kopieë skep. Gevolglik, wanneer die afstand tussen kwark krag tussen hulle is aansienlik toegeneem. As 'n mens kan dink, met 'n minimum afstand van interaksie prakties verdwyn (asimptotiese vryheid).

Dus, enige sterk interaksie in hadrone as gevolg van die oorgang van gluons tussen kwarke. As ons praat oor die interaksies tussen hadrone, verduidelik hulle die oordrag van pi-meson resonansie. Eenvoudig gestel, al indirek weer verminder tot die uitruil van gluons.

Hoe kwark deel van die nukleone?

Elke neutron bestaan uit 'n paar van d-kwark en tazhe enkele u-kwark. Elke proton Inteendeel, - van die enkele d-kwark paar U-kwark. By the way praat, is die briewe geplaas na gelang van die kwantumgetalle.

Kom ons verduidelik. Byvoorbeeld, is betaverval verduidelik nogal die transformasie van een van dieselfde soort kwark in 'n nukleoon samestelling na 'n ander. Om beter te verstaan as 'n formule hierdie proses kan geskryf word soos volg: d = u + w (hierdie neutron verval). Gevolglik is die proton geskryf effens anders formule: u = D + w.

Terloops, dit is die laaste proses word verduidelik deur 'n bestendige stroom van neutrino's en positrone van die groot sterre hoop. So het die skaal van die heelal 'n bietjie minder belangrike deeltjie, wat is 'n kwark-gluon plasma, soos ons reeds gesê, bevestig die Oerknal, en die studie van hierdie deeltjies toelaat wetenskaplikes om beter te verstaan die essensie van die wêreld waarin ons leef.

Met minder as 'n kwark?

By the way, wat dit bestaan uit kwarke? Hulle is deel preons. Hierdie deeltjies is baie klein en swak verstaan, sodat selfs vandag is hulle bekend nie soseer. Hier is kleiner kwarke.

Waar kom hulle vandaan?

Vandag is die mees algemene vorm preons twee hipoteses: string teorie en die teorie van Bilson-Thompson. In die eerste geval, die voorkoms van deeltjie data verduidelik string ossillasie. Die tweede hipotese dui daarop dat hul voorkoms word veroorsaak deur die opgewekte toestand van ruimte en tyd.

Dit is interessant dat in die tweede geval is dit moontlik om die verskynsel te beskryf, met behulp van 'n matriks van parallel vervoer langs kurwes van die spin netwerk. Die eienskappe van hierdie matriks self en bepaal wat vir preons. Dit is wat dit bestaan uit kwarke.

'N opsomming van, kan ons sê dat die kwarke - 'n soort van "kwanta" in die samestelling van hadrone. Beïndruk? En nou sal ons praat oor hoe om dit te doen was oop die kwark. Dit is 'n baie opwindende storie wat, onder andere, ten volle openbaar 'n paar besonderhede hierbo beskryf.

vreemde deeltjies

Onmiddellik na die einde van die Tweede Wêreldoorlog, het wetenskaplikes begin om die wêreld van subatomiese deeltjies, wat tot nou toe het gelyk of net primitief (vir die oog) aktief te verken. Protone, neutrone (nukleone) atoom en elektrone gevorm. In 1947 het hy pioenen (en voorspel sy bestaan in 1935), wat verantwoordelik is vir die wedersydse aantrekkingskrag van die nukleone in die kern van atome was. Hierdie gebeurtenis is nie 'n wetenskaplike uitstalling gewy in sy tyd. Kwarke was nog oop, maar die tyd van die aanval op hul "voetspoor" is al hoe nader.

Neutrino op daardie tydstip nog nie ontdek. Maar hulle voor die hand liggend belang vir die betaverval van atome verduidelik was so groot dat wetenskaplikes het min twyfel van hulle bestaan. Daarbenewens, reeds op te spoor of te voorspel sommige antideeltjies. Situasie gebly onduidelik net met muons wat gevorm word tydens die verval van pions en daarna 'n oorgang na die neutrino's, elektron of positron. Fisici het nie verstaan waarom ek hierdie intermediêre stasie nodig.

Ag, so 'n eenvoudige en onpretensieuse model baie kortliks oorleef die opening van die pions. In 1947, twee Engelse fisikus Dzhordzh Rochester en Clifford Butler, gepubliseer 'n snaakse artikel in die vaktydskrif Nature. Sy het gedien as materiaal vir hul studie van kosmiese strale deur die wolke kamer, waartydens hulle prelyubopytny inligting ontvang. Op een van die foto's gevang tydens die waarneming, dit was duidelik sigbaar 'n paar liedjies saam met 'n gemeenskaplike oorsprong. Sedert die verskil was soos Latyns-V, dan is dit duidelik - die beheer van hierdie deeltjies is beslis anders.

Wetenskaplikes keer aanvaar dat hierdie spore dui die feit van die ineenstorting van 'n onbekende deeltjie wat nie agtergelaat ander liedjies. Berekeninge het getoon dat die massa - sowat 500 MeV, wat baie groter is as hierdie waarde vir die elektron. Natuurlik, het die navorsers die naam van hul opening V-deeltjie. Dit was egter nie die kwark. Hierdie deeltjie is nog steeds wag in die vlerke.

Net die begin

Met hierdie ontdekking, dit het alles begin. In 1949, onder dieselfde voorwaardes die deeltjie spoor gevind is, wat aanleiding gegee het tot net drie pions het. Dit het gou duidelik geword dat sy, sowel as die V-bit - heel anders lede van die familie, wat bestaan uit vier deeltjies. Later is hulle K-mesone (kaons) genoem.

'N paar van gelaaide kaons het 'n massa 494 MeV, en in die geval van 'n neutrale lading - 498 MeV. Terloops, in 1947, wetenskaplikes het die geluk om net dieselfde baie skaars geval vang van 'n positiewe Kaon verval, maar teen daardie tyd was hulle net nie in staat is om die beeld korrek te interpreteer. Maar perfek om eerlik te wees, dit is eintlik die eerste waarneming van 'n Kaon is terug in 1943 gemaak, maar inligting daaroor is byna verloor teen die agtergrond van talle post-oorlog wetenskaplike publikasies.

nuwe oddities

En dan die wetenskaplikes gewag vir verdere ontdekkings. In 1950 en 1951 het navorsers van die universiteite van Manchester en Melnburskogo daarin geslaag om te vind 'n deeltjie is baie swaarder as protone en neutrone. Sy het weer geen koste nie, maar verval in 'n proton en 'n pion. Laasgenoemde, as jy kan vertel, het 'n negatiewe lading. 'N Nuwe deeltjie aangedui deur die letter Λ (lambda).

Hoe meer tyd verby is, die meer vrae ontstaan as gevolg van die wetenskaplikes. Die probleem was dat die nuwe deeltjies uitsluitlik geproduseer deur die sterk kern interaksies, vinnig afbreek om protone en neutrone te vorm. Daarbenewens altyd lyk asof hulle in pare, die enkele manifestasies nooit gedoen het. Dit is waarom 'n groep van fisici van die Verenigde State en Japan voorgestelde om te gebruik in hul beskrywing van 'n nuwe kwantumgetal - 'n vreemd. Volgens hulle definisie, die vreemdheid van alle ander bekende deeltjies nul.

verdere navorsing

Deurbraak in navorsingstudies plaasgevind net nadat die opkoms van 'n nuwe sistematisering van hadrone. 'N prominente figuur in hierdie was die Israeliese Yuval Ne'eman, wat sy uitstaande militêre loopbaan verander na as briljante wetenskaplike wees.

Hy het daarop gewys dat die oop deur die tyd die mesone en barione verval, die vorming van 'n groep van verwante deeltjies multiplets. Lede van elke sodanige vereniging vreemdheid besit heeltemal identies, maar teenoorgestelde elektriese ladings. So hoe gaan die sterk kern interaksie van elektriese ladings is nie afhanklik, in al die res van multiplets deeltjies lyk perfek tweeling.

Wetenskaplikes het voorgestel dat die voorkoms van sulke formasies aan sekere natuurlike simmetrie, en kort voor lank was hulle in staat om haar te vind. Dit was 'n eenvoudige veralgemening van die spin groep US (2), wat wetenskaplikes regoor die wêreld gebruik word om die kwantumgetalle beskryf. Dit is net op daardie tydstip reeds bekend was 23 hadrone, en hulle rug was gelyk aan 0, ½ of die hele eenheid, so gebruik hierdie klassifikasie moontlik was nie.

As gevolg hiervan, is dit moes gebruik word vir klassifikasie keer twee kwantumgetalle en sodoende aansienlik uitgebrei die klassifikasie. En daar was 'n groep van die US (3), wat aan die begin van die eeu deur die Franse wiskundige Elie Cartan. Om die taksonomiese posisie van elke deeltjie in dit vas te stel, het die navorsingsprogram is ontwikkel deur wetenskaplikes. Quark daarna maklik in 'n sistematiese reeks, wat die absolute korrektheid van kundiges bevestig geloop.

Nuwe kwantumgetal

So wetenskaplikes het tot die idee van die gebruik van 'n abstrakte kom kwantumgetalle, wat hypercharge en isotopiese spin geword. Maar met dieselfde sukses is dit moontlik om die vreemdheid en elektriese lading te neem. Hierdie skema is konvensioneel vernoem Agtvoudige Pad. Dit is vasgevang analogie met Boeddhisme, waar om nirvana te bereik moet ook die agt vlakke te slaag. Maar al hierdie lirieke.

Neeman sy werk en sy kollega, Gell-Mann, gepubliseer in 1961, en die getal van die destydse bekende mesone het nie meer as sewe. Maar in hul papier, het die navorsers was nie bang om die hoë waarskynlikheid van die bestaan van die agtste meson noem. Ook in 1961 hul teorie briljant bevestig. Het jy 'n deeltjie genoem die eta meson (die Griekse letter η).

Verdere ontdekkings en eksperimente briljant bevestig die korrektheid van die absolute klassifikasie van die US (3). Dit het 'n kragtige aansporing om navorsers wat bevind het dat hulle op die regte pad. Selfs die Gell-Mann het geen twyfel in die feit dat in die natuur is daar kwarke. Resensies van sy teorieë was nie baie positief, maar die wetenskaplike was oortuig dat hy reg was.

Hier en kwarke!

Kort nadat die artikel " 'n Skematiese model van barione en mesone." In dit, wetenskaplikes in staat was om die idee van sistematisering, wat so nuttig bewys verder te ontwikkel. Hulle het bevind dat die US (3) is heeltemal aanvaar die bestaan van hele drieling fermione, die elektriese lading wissel van 03/02 tot 03/01 en 03/01, waar in die drieling een deeltjie is altyd anders nul vreemdheid. Reeds goed aan ons bekend Gell-Mann noem hulle "elementêre deeltjies kwarke."

Volgens die aanklagte, benoemde hy hulle as u, d en e (van die Engelse woorde op, af en vreemde). In ooreenstemming met die nuwe skema, elke gevorm deur drie baryon kwark. Mesone gerangskik baie makliker. Dit bevat 'n kwark (hierdie reël is onveranderlik) en 'n antiquark. Eers daarna die wetenskaplike gemeenskap bewus te maak van die bestaan van hierdie deeltjies, wat die onderwerp van ons artikel is geword.

'N bietjie meer geskiedenis

In hierdie artikel, wat grootliks bepaal die ontwikkeling van fisika in die jare wat voorlê, het 'n redelik interessante geskiedenis. Gell-Mann gedink van die bestaan van so 'n drieling lank voor sy publikasie, maar niemand om hul aannames te bespreek. Die feit dat sy aanname van die bestaan van deeltjies wat 'n breukdeel lading het, het gelyk asof brabbeltaal. Maar ná 'n gesprek met 'n uitstekende teoretiese fisikus Robert Serber hy geleer dat sy kollega presies dieselfde gevolgtrekkings gedoen het.

Daarbenewens het die wetenskaplike het die enigste korrekte gevolgtrekking gekom dat die bestaan van sulke deeltjies is slegs moontlik indien hulle nie vry is fermione en is deel van die hadrone. Inderdaad, in hierdie geval, hulle dienspligte laat waarneem geïntegreer! In die eerste plek Gell-Mann het hulle kvorkami en selfs genoem hulle in MTI, maar die reaksie van studente en onderwysers was baie lae-sleutel. Dit is waarom 'n wetenskaplike vir 'n lang tyd te dink oor die vraag of hy sy navorsing moet maak vir die publiek.

Die woord "kwark" (hierdie klink soos die geroep van die eende) is geneem uit die werke van James Joyce. Vreemd genoeg, maar die Amerikaanse geleerde het sy artikel in die gesogte Europese wetenskaplike joernaal fisika Briewe, want ernstig gevrees dat 'n soortgelyke hersiening van die vlak van die Amerikaanse uitgawe van Physical Review Letters dit nie sal aanvaar vir publikasie. By the way, as jy wil om te kyk vir ten minste 'n afskrif van die artikel - jy rig pad na dieselfde Berlyn museum. Kwarke in sy uiteensetting is nie beskikbaar nie, maar die volle verhaal van hul ontdekking (of eerder, dokumentêre bewyse) is.

Begin kwark revolusie

In billikheid moet daarop gelet word dat byna op dieselfde tyd met dieselfde gedagte vandaan kom CERN wetenskaplike, Dzhordzh Tsveyg. In die eerste plek sy mentor was self Gell-Mann, en dan Richard Feynman. Zweig ook gedefinieer die werklikheid van fermione, wat 'n breukdeel lading gehad, maar het hulle aces. Daarbenewens is 'n talentvolle fisikus ook beskou barione as die drie kwarke, en mesone - as 'n kombinasie van 'n kwark en 'n antiquark.

Eenvoudig gestel, die leerling van sy onderwyser gevolgtrekkings ten volle bevestig, afgesien van dit. Sy werk het selfs 'n paar weke verskyn voor die publikasie van Mann, maar slegs as 'n "tuisgemaakte" instelling. Dit is egter die teenwoordigheid van twee onafhanklike werke waarin die bevindings was feitlik identies, sodra oortuig sommige wetenskaplikes getrouheid aan die voorgestelde teorie.

Van verwerping te vertrou

Maar baie navorsers geneem hierdie teorie is nie onmiddellik. Ja, joernaliste en teoretici vinnig verlief geraak op haar vir duidelikheid en eenvoud, maar ernstige fisici het dit eers na so lank as 12 jaar aanvaar. Jy moet hulle nie blameer vir oormatige konserwatisme. Die feit dat die oorspronklike teorie van kwarke in skrille kontras met die Pauli uitsluitingsbeginsel, wat ons aan die begin van hierdie artikel genoem. As ons aanvaar dat die proton bevat 'n paar van die u-kwarke en die enigste d-kwark, moet die eerste streng wees in dieselfde kwantum toestand. Volgens die Pauli, dit is onmoontlik.

Dit was toe en daar was 'n bykomende kwantumgetal, uitgedruk as 'n kleur (as ons hierbo genoem). Verder is dit onduidelik hoe die algemeen kwark elementêre deeltjies in wisselwerking met mekaar, hoekom nie voldoen aan hul vrye spesies. Al hierdie verborgenhede grootliks gehelp ontrafel die veld meter teorie, wat "na vore gebring" net in die middel 70's. Omstreeks dieselfde tyd, die kwark teorie van hadrone natuurlik ingesluit in dit.

Maar die meeste van al die wiele gery die ontwikkeling van die teorie van die algehele afwesigheid van ten minste 'n paar van die eksperimentele toetse wat beide die bestaan en die interaksie tussen kwarke en ander deeltjies sou bevestig. En hulle geleidelik begin om te verskyn eers aan die einde van die 60s, toe die snelle ontwikkeling van tegnologie wat toegelaat word vir die ervaring van 'n "oordrag" elektron balke van protone. Dit is hierdie ervarings het toegelaat om te bewys dat binne protone regtig "hide" sommige deeltjies, wat oorspronklik partons genoem. Daarna het nog oortuig dat dit is niks meer as 'n ware kwark, maar dit was eers teen die einde van 1972.

eksperimentele bevestiging

Natuurlik, vir die finale wetenskaplike gemeenskap oortuigings dit het 'n baie meer eksperimentele data. In 1964, James Bjorken en Sheldon Glashow (toekomstige Nobelpryswenner, by the way) het voorgestel, al is daar 'n vierde kwark spesies, wat hulle beswering (beswering) genoem.

Dit is te danke aan hierdie hipotese, wetenskaplikes in 1970 in staat was om die vele eienaardighede wat in die verval van neutrale kaons aangekla waargeneem het verduidelik. Na vier jaar, net twee onafhanklike groep van Amerikaanse fisici in staat was om die meson verval, wat net een "betower" kwark en sy antiquark ingesluit te los. Dit is geen wonder dat hierdie gebeurtenis een keer genoem die November Revolusie. Vir die eerste keer was die kwark teorie min of meer "visuele" bevestiging.

Die belangrikheid van die opening van gesê ten minste die feit dat die projekbestuurder, Samuel Ting en Burton Richter, twee jaar later het sy Nobelprys: 'n gebeurtenis word weerspieël in baie artikels. Met 'n paar van hulle wat jy kan vind in die oorspronklike, as jy New York Museum van Natuurlike Geskiedenis besoek. Kwarke, en soos ons reeds gesê - 'n baie belangrike ontdekking van die moderne tyd, en daarom aandag in die wetenskaplike gemeenskap aan hulle betaal baie.

ultima ratio

Slegs in 1976, het die navorsers het vind een deeltjie met nie-zero sjarme, die neutrale D-meson. Dit is 'n redelik komplekse kombinasie van 'n beswering kwark en u-antiquark. Hier selfs die verstok vyande van die bestaan van kwarke is gedwing om die waarheid van die teorie erken, die eerste keer beskryf meer as twee dekades gelede. Een van die mees bekende teoretiese fisici, Dzhon Ellis, het die sjarme van die "hefboom wat die wêreld verander."

Binnekort die lys van nuwe ontdekkings ingekom en 'n paar baie groot kwarke, bo en onder, wat maklik in staat om 'n verband met die reeds ten tyde van die bestel van die US (3) aangeneem. In die afgelope jaar, wetenskaplikes sê dat daar is sogenaamde Tetraquarks dat sommige wetenskaplikes het die bynaam "Hadron molekules."

Sommige van die bevindinge en gevolgtrekkings

Dit moet verstaan word dat die opening en die wetenskaplike regverdiging vir die bestaan van kwarke, in werklikheid, dat jy veilig kan aanneem dat die wetenskaplike revolusie. Dit kan beskou word as die begin van 1947 (in werklikheid 1943), en die einde van dit val op die eerste opsporing van "beswering" mesone. Dit blyk dat die duur van die laaste datum van opening van so 'n vlak is, nie meer en nie minder, soveel as 29 jaar (of selfs 32 jaar)! En al hierdie tyd is bestee nie net ter wille van die vind van 'n kwark! Gluon plasma as die primêre voorwerp in die heelal gelok binnekort baie meer aandag aan wetenskaplikes.

Maar die meer komplekse word dit 'n studieveld, hoe langer neem dit die werklik belangrike ontdekkings uit te voer. En as ons praat oor die deeltjies, die belangrikheid van hierdie ontdekking kan niemand onderskat nie. Die bestudering van die struktuur van kwarke, sal die persoon in staat wees om dieper te dring in die geheime van die heelal. Dit is moontlik dat net ná hul studies wat ons kan leer voltooi hoe die big bang en die heelal ontwikkel volgens watter wette. In elk geval, is dit moontlik om hulle oop te maak vir baie fisici te oortuig dat die werklikheid rondom ons is baie moeiliker afgelope vertonings.

So weet jy wat 'n kwark. Hierdie deeltjie by die tyd veroorsaak 'n sensasie in die wetenskaplike wêreld, en vandag navorsers hoop uiteindelik openbaar al sy geheime.