Quark - er at av en partikkel? Finn ut hva den består av kvarker. Hva partikkel mindre enn en kvark?

Bare et år siden, Peter Higgs og Fransua Engler vant Nobels fredspris for sitt arbeid, som ble viet til studiet av subatomære partikler. Dette kan virke latterlig, men hans funn forskere har gjort et halvt århundre siden, men i dag de ikke gi skjønt litt big deal.

I 1964, to mer talent fysiker også utført med sin banebrytende teori. Ved første, hun også tiltrukket nesten ingen oppmerksomhet. Det er rart, fordi det beskrev strukturen i hadroner, som er uunnværlig for enhver sterk interatomic interaksjon. Dette var teorien om kvarker.

Hva er det?

Forresten, hva er en kvark? Dette er en av de viktigste bestanddelene i et hadron. Viktig! Denne partikkelen har en "halv" spin, faktisk være en fermion. Avhengig av farge (se nedenfor) kvark ladning kan være lik den tredje eller to tredjedeler av ladningen av et proton. Når det gjelder farger, av hvilke det finnes seks (generasjon av kvarker). De er nødvendig for ikke å bryte prinsippet om Pauli.

grunnleggende informasjon

Som en del av disse partikler hadroner er i en avstand som ikke overskrider verdien av innesperring. Grunnen er enkel: de utveksler vektorer måler felt, det vil si gluons. Hvorfor er det så viktig kvark? Gluon plasma (mettet quarks) - en stofftilstand i hvilken alle universet umiddelbart etter Big Bang. Følgelig eksistensen av kvarker og gluoner - en direkte bekreftelse på at han faktisk var.

De har også sin egen farge, men på grunn av bevegelsen lage sine virtuelle kopier. Følgelig, når avstanden mellom kvark kraft mellom dem er betydelig økt. Som man kan forestille seg, med en minimumsavstand på vekselvirkning praktisk talt forsvinner (asymptotisk frihet).

En hvilken som helst sterk interaksjon i hadroner på grunn av overgangen fra gluons mellom kvarker. Hvis vi snakker om samspillet mellom hadroner, forklarer de overføring av pi-meson resonans. Enkelt sagt, alle indirekte igjen redusert til utveksling av gluoner.

Hvordan kvark del av nukleoner?

Hver nøytron består av et par av D-kvark og tazhe enkelt U-kvark. Hver proton imot, - av den single di-kvark par u-kvark. Forresten taler, blir bokstavene plassert avhengig av kvantetall.

La oss forklare. For eksempel, blir betastråling forklares ganske transformasjon av en av den samme typen av kvark i en nukleon preparat til et annet. Å bli bedre forstått som en formel denne prosess kan skrives slik: d = u + w (dette nøytrondesintegrasjon). Følgelig er proton skrevet litt annerledes formel: u = d + w.

Forøvrig er det den sistnevnte prosessen er forklart ved hjelp av en jevn strøm av nøytrinoer og positroner av de store stjernehoper. Så omfanget av universet litt mindre viktig partikkel, som er et kvark-gluon plasma, som vi allerede har sagt, bekrefter Big Bang, og studiet av disse partiklene tillate forskere å bedre forstå essensen av den verden vi lever i.

Med mindre enn en kvark?

Forresten, hva den består av kvarker? De er en del og pakke preons. Disse partiklene er veldig små og dårlig forstått, slik at selv i dag er de kjent ikke så mye. Her er mindre kvarker.

Hvor kom de fra?

I dag preons den vanligste formen to hypoteser: strengteori og teorien om Bilson-Thompson. I det første tilfellet, forekomsten av partikkel data forklart strengoscillasjonsmodus. Den andre hypotesen antyder at deres utseende er forårsaket av opphisset tilstand av rom og tid.

Det er interessant at det i det andre tilfellet er det mulig å beskrive fenomenet, ved hjelp av en matrise av parallelle transport langs kurvene i spinn-nettverket. Egenskapene for denne matriksen i seg selv og bestemme de for preons. Det er hva det består av kvarker.

Oppsummert kan vi si at kvarkene - en slags "kvanter" i sammensetningen av hadroner. Imponert? Og nå skal vi snakke om hvordan å gjøre var å åpne kesam. Dette er en veldig spennende historie som blant annet avslører fullt noen detaljer som er beskrevet ovenfor.

fremmede partikler

Umiddelbart etter slutten av andre verdenskrig, har forskere begynt å aktivt utforske verden av subatomære partikler, som hittil hadde syntes å bare primitive (for visning). Protoner, nøytroner (nukleoner) atom og elektroner blir dannet. I 1947 åpnet han peoner (og spådd sin eksistens i 1935), som var ansvarlig for den gjensidige tiltrekningen av nukleoner i kjernen av atomer. Denne hendelsen er ikke en vitenskapelig utstilling ble viet i sin tid. Kvarker var ennå ikke åpen, men tidspunktet for angrepet på deres "footprint" var å komme nærmere.

Nøytrinoer på den tiden ennå ikke er oppdaget. Men deres åpenbare betydning for å forklare betahenfall av atomer var så stor at forskere har liten tvil om deres eksistens. I tillegg allerede oppdage eller forutse noen antipartikler. Situasjonen forble uklart bare med myoner som dannes under nedbrytning av pionet og deretter en overgang til den neutrinos, elektron eller positron. Fysikere ikke forstår, hvorfor trenger jeg dette mellomstasjonen.

Akk, slik enkel og beskjeden modell meget kort levde åpningen av pionet. I 1947, to engelske fysikeren Dzhordzh Rochester og Clifford Butler, publisert en merkelig artikkel i det vitenskapelige tidsskriftet Nature. Hun tjente som materiale for deres studie av kosmisk stråling gjennom tåkekammer, hvor den hadde prelyubopytny informasjon. På ett av bildene tatt under observasjon, det var tydelig synlig et par låter med et felles opphav. Siden forskjellen var som Latin V, så ble det klart - kostnad av disse partiklene er definitivt annerledes.

Forskere gang antatt at disse sporene indikere det faktum av sammenbruddet av noen ukjent partikkel som ikke er etterlatt andre spor. Beregninger viste at dets masse - omtrent 500 MeV, noe som er meget større enn denne verdien for elektronet. Selvfølgelig har forskerne kalte sin åpnings V-partikkel. Men dette var ikke kesam. Denne partikkelen var fremdeles venter i vingene.

Bare begynnelsen

Med denne oppdagelsen, det hele startet. I 1949, under de samme betingelsene partikkel spor ble funnet, som ga opphav til bare tre pioner. Det ble snart klart at hun, i tillegg til V-bit - ganske forskjellige medlemmer av familien, som består av fire partikler. Senere ble de kalt K-mesoner (kaons).

Et par av ladede kaons har en masse 494 MeV, og i tilfellet med nøytral ladning - 498 MeV. Forresten, i 1947, hadde forskerne flaks å fange akkurat det samme svært sjeldent tilfelle av en positiv Kaon henfaller, men på den tiden de bare ikke var i stand til å tolke bildet. Men for å være helt rettferdig, det er faktisk den første observasjonen av en Kaon ble gjort tilbake i 1943, men informasjon om det var nesten tapt på bakgrunn av en rekke etterkrigs vitenskapelige publikasjoner.

nye rariteter

Og så forskerne ventet for ytterligere funn. I 1950 og 1951 forskere fra universitetene i Manchester og Melnburskogo klarte å finne en partikkel er mye tyngre enn protoner og nøytroner. Hun igjen hadde ingen kostnad, men henfaller til et proton og et pion. Sistnevnte, som du kan fortelle, hadde en negativ ladning. En ny partikkel merket med bokstaven Λ (lambda).

Jo mer tiden gikk, oppstår flere spørsmål fra forskerne. Problemet var at de nye partiklene blir produsert utelukkende av den sterke vekselvirkninger i kjernen, hurtig bryte ned for å danne protoner og nøytroner. I tillegg har de alltid vises i par, single manifestasjoner aldri gjorde. Det er derfor en gruppe fysikere fra USA og Japan foreslått å bruke i sin beskrivelse av et nytt kvantesprang nummer - en særhet. Ifølge deres definisjon er underlig av alle andre kjente partikler null.

videre forskning

Gjennombrudd i forskningsstudier skjedde først etter fremveksten av en ny systematisering av hadroner. En markant skikkelse i dette var den israelske Yuval Ne'eman, som forandret hans fremragende militær karriere for å være så brilliant forsker.

Han viste at den åpne ved det tidspunkt mesoner og baryoner råte, å danne en klynge av relaterte partikler multipletter. Medlemmer av hver slik forening underlig besitte helt identiske, men motsatt elektrisk ladning. Så hvordan den sterke kjerne samspillet mellom elektriske ladninger er ikke avhengig, i hele resten av multi partikler ser perfekte tvillinger.

Forskere har antydet at forekomsten av slike formasjoner møter viss naturlig symmetri, og snart var de i stand til å finne henne. Det var en enkel generalisering av spin-gruppen SU (2), som forskere fra hele verden som brukes til å beskrive kvantetall. Det er bare på den tiden var allerede kjent 23 hadroner, og ryggen var lik 0, ½ eller hele enheten, så bruk denne klassifiseringen ikke var mulig.

Som et resultat, det måtte brukes for klassifisering gang to kvantetall, og dermed sterkt utvidet klassifiseringen. Og det var en gruppe av SU (3), som på begynnelsen av århundret av den franske matematikeren Elie Cartan. For å bestemme den taksonomiske plasseringen av hver partikkel i det, har forskningsprogrammet er utviklet av forskere. Kvark deretter lett inn i en systematisk serie, som bekreftet den absolutte riktig å eksperter.

New kvantetallet

Så forskere har kommet til ideen om å bruke en abstrakt quantum tall, som blir hypercharge og isotop-spinn. Men med den samme suksessen er det mulig å ta strangeness og elektrisk ladning. Denne ordningen har blitt konvensjonelt kalt åttedelte veien. Dette er tatt analogi med buddhismen, hvor du skal oppnå nirvana trenger også å passere åtte nivåer. Men alt dette tekster.

Neeman hans arbeid og hans kollega, Gell-Mann, utgitt i 1961, og antallet av de da kjente mesoner ikke overstige syv. Men i deres papir, forskerne var ikke redd for å nevne den høye sannsynligheten for eksistensen av den åttende meson. Også i 1961, deres teori briljant bekreftet. Funnet en partikkel kalt eta meson (den greske bokstaven η).

Ytterligere funn og eksperimenter briljant bekreftet riktigheten av den absolutte klassifisering av SU (3). Dette ble en kraftig incitament til forskere som har funnet ut at de er på rett spor. Selv Gell-Mann var ikke i tvil i det faktum at i naturen er det kvarker. Anmeldelser av hans teorier var ikke veldig positiv, men forskeren var overbevist om at han hadde rett.

Her og kvarker!

Kort tid etter artikkelen "En skjematisk modell av baryoner og mesoner." I det, var forskerne i stand til å videreutvikle ideen om systematisering, noe som har vist seg så nyttig. De fant at SU (3) blir helt forutsetter eksistensen av hele tallgrupper fermioner, den elektriske ladning varierer fra 2/3 til 1/3 og 1/3, hvor i det lett en partikkel er alltid forskjellig forskjellig fra null underlig. Allerede godt kjent for oss Gell-Mann kalte dem "elementærpartikler kvarker."

Ifølge tiltalen, merket han dem som u, d og s (fra de engelske ordene opp, ned og rart). I samsvar med den nye ordningen, hver er dannet av tre baryon kvark. Mesoner er ordnet mye enklere. De inneholder en kvark (denne regelen er uforanderlig) og en antikvark. Først etter at det vitenskapelige samfunn ble klar over eksistensen av disse partiklene, som er gjenstand for vår artikkel.

Litt mer historie

Denne artikkelen, som i stor grad bestemmes utviklingen av fysikk i årene fremover, har en ganske interessant historie. Gell-Mann trodde på eksistensen av slike trill lenge før den er kunngjort, men ingen å diskutere sine forutsetninger. Det faktum at hans forutsetning for eksistensen av partikler som har en brøk kostnad, så ut som vrøvl. Men etter en samtale med en fremragende teoretisk fysiker Robert Serber fikk han vite at hans kollega har gjort akkurat de samme konklusjonene.

I tillegg, forskeren har gjort den eneste riktige konklusjon at eksistensen av slike partikler er bare mulig hvis de ikke er frie fermioner, og er en del av hadroner. Faktisk, i dette tilfellet, er deres kostnader integrert! Først av Gell-Mann kalte dem kvorkami og selv nevnte dem i MTI, men reaksjonen av studenter og lærere var veldig lavmælt. Det er derfor en vitenskapsmann i lang tid på å tenke på om han bør gjøre sin forskning for publikum.

Ordet "kvark" (dette høres ut som skrik av ender) ble hentet fra verker av James Joyce. Merkelig nok, men den amerikanske forskeren sendte sin artikkel i det prestisjetunge europeiske vitenskapelige tidsskriftet Physics Letters, fordi seriøst fryktet at en tilsvarende revisjon av nivået på den amerikanske utgaven av Physical Review Letters ikke vil godta den for publisering. Forresten, hvis du ønsker å se etter minst en kopi av artikkelen - du direkte vei til den samme Berlin museum. Kvarker i sin utredning ikke er tilgjengelig, men den fulle historien om deres oppdagelse (eller rettere sagt, dokumentasjon) er.

Begynnelsen kvark revolusjon

I rettferdighetens navn bør det bemerkes at nesten samtidig til samme tanken kom fra CERN forsker, Dzhordzh Tsveyg. Først hans mentor var selv Gell-Mann, og deretter Richard Feynman. Zweig også definert realiteten av fermioner, som hadde en brøk kostnad, men kalte dem ess. Videre er en dyktig fysiker også ansett baryoner som de tre kvarker, og mesoner - som en kombinasjon av en kvark og en antikvark.

Enkelt sagt, elev av læreren hans konklusjoner fullt gjentok, rent bortsett fra det. Hans arbeid har dukket opp enda et par uker før utgivelsen av Mann, men bare som en "hjemmelaget" institusjon. Men det er tilstedeværelsen av to selvstendige verk der funnene var nesten identisk, en gang overbevist om noen forskere troskap til den foreslåtte teori.

Fra avvisning til å stole på

Men mange forskere har tatt denne teorien er ikke umiddelbart. Ja, journalister og teoretikere raskt forelsket i henne for klarhet og enkelhet, men alvorlige fysikere har akseptert det bare etter så lenge som 12 år. Du bør ikke klandre dem for overdreven konservatisme. Det faktum at den opprinnelige teorien om kvarker i skarp kontrast til den Pauli eksklusjonsprinsipp, som vi nevnte i begynnelsen av denne artikkelen. Hvis vi antar at det proton inneholder et par U-kvarker og den eneste D-kvark, må den første være strengt i den samme kvantetilstand. Ifølge Pauli, er dette umulig.

Det ble deretter, og det var et ekstra kvantum tall, uttrykt som en farge (som vi har nevnt ovenfor). Videre er det uklart hvordan generelle kvark elementærpartikler samhandle med hverandre, hvorfor ikke oppfyller sine gratis arter. Alle disse mysteriene i stor grad bidratt til å løse måleren feltteori, der "brakt til tankene" bare i midten av 70-tallet. Rundt samme tid, kesam teorien om hadroner naturlig inngår i den.

Men mest av alt hemmet utviklingen av teorien om fullstendig fravær av minst noen av de eksperimentelle tester som ville bekrefte både eksistensen og samspillet mellom kvarker og andre partikler. Og de gradvis begynte å dukke opp først på slutten av 60-tallet, da den raske utviklingen av teknologi tillatt for opplevelsen av en "overføring" elektronstråler av protoner. Det er disse erfaringene har lov til å bevise at det inne protoner virkelig "skjule" noen partikler, som opprinnelig ble kalt partons. Deretter fortsatt overbevist om at det er ingenting som en ekte kvark, men det var først i slutten av 1972.

eksperimentell bekreftelse

Selvfølgelig, for de endelige vitenskapelige samfunnet tro det tok mye mer eksperimentelle data. I 1964 har James Bjorken og Sheldon Glashow (fremtidige nobelprisvinner, forresten) foreslått, selv om det kan være en fjerde kvark arter, som de heter sjarmert (sjarmert).

Det er takket være denne hypotesen, forskere i 1970 var i stand til å forklare de mange rariteter som har blitt observert i forfallet av nøytrale kaons belastet. Etter fire år, bare to uavhengige gruppe amerikanske fysikere var i stand til å løse meson råte, som omfattet bare en "sjarmert" kvark og dens antikvark. Det er ikke rart at denne hendelsen en gang kalt oktoberrevolusjonen. For første gang kesam teorien var mer eller mindre "visuell" bekreftelse.

Betydningen av åpningen av det minst det faktum at prosjektleder, Samuel Ting og Burton Richter, to år senere fikk han Nobelprisen: En hendelse som gjenspeiles i mange artikler. Med noen av dem kan du finne i den opprinnelige, hvis du besøker New York Museum of Natural History. Kvarker, og som vi allerede har sagt - en svært viktig oppdagelse i moderne tid, og derfor oppmerksomhet i det vitenskapelige samfunnet utbetalt til dem veldig mye.

ultima ratio

Bare i 1976, gjorde forskerne finne en partikkel med null sjarm, nøytral D-meson. Dette er en ganske komplisert kombinasjon av en sjarmert kvark og u-antikvark. Her selv de uforbederlige fiender av eksistensen av kvarker ble tvunget til å innrømme sannheten i teorien, først beskrevet mer enn to tiår siden. En av de mest kjente teoretiske fysikere, Dzhon Ellis, kalt sjarmen av "spak som forandret verden."

Snart listen over nye funn kom inn og et par veldig store kvarker, topp og bunn, som er lett i stand til å forholde seg med den allerede vedtatt på tidspunktet for bestilling av SU (3). I de senere årene, forskere sier at det er såkalte Tetraquarks at noen forskere har kalt "hadron molekyler."

Noen av de funn og konklusjoner

Det skal forstås at åpningen og vitenskapelig begrunnelse for eksistensen av kvarker, faktisk, du kan trygt anta at den vitenskapelige revolusjon. Det kan betraktes som begynnelsen av 1947 (faktisk 1943), og enden av det faller på den første påvisning av "sjarm" mesoner. Det viser seg at varigheten av den siste datoen for åpningen av et slikt nivå er, verken mer eller mindre, så mange som 29 år (eller til og med 32 år)! Og hele denne tiden har blitt brukt ikke bare for moro skyld å finne en kvark! Gluon plasma som den primære objekt i universet snart tiltrakk langt mer oppmerksomhet til forskere.

Men jo mer komplisert blir det et fagområde, jo lengre tid tar det å gjennomføre de virkelig viktige funn. Og som vi diskuterer partiklene, kan betydningen av dette funnet ikke undervurdere noen. Å studere strukturen av kvarkene, vil den person være i stand til å trenge dypere inn i de hemmeligheter i universet. Det er mulig at bare etter fullføre sine studier vi kan lære hvordan big bang og universet utvikler seg i henhold til hva lover. I alle fall er det mulig å åpne dem for å overbevise mange fysikere at virkeligheten rundt oss er mye mer vanskelig fortid forestillinger.

Så vet du hva en kvark. Denne partikkelen på den tiden var en sensasjon i den vitenskapelige verden, og dagens forskere er forventningsfull endelig avsløre alle sine hemmeligheter.