Quark - on se partikkeli? Selvitä, mitä kvarkeista koostuu. Mikä hiukkanen on pienempi kuin quark?

Vain vuosi sitten, Peter Higgs ja Fransua Engler Nobelin työstään, joka oli omistettu tutkimuksen atomia pienemmät hiukkaset. Tämä voi kuulostaa naurettavalta, mutta löydöt tutkijat ovat tehneet puoli vuosisataa sitten, mutta tähän päivään ne eivät anna vaikkakin hieman iso juttu.

Vuonna 1964 kaksi lahjakasta fyysikko esiintyi myös hänen uraauurtavan teoriassa. Aluksi hän herätti myös käytännössä mitään huomiota. Outoa, koska se on kuvattu rakennetta hadronien, jotka ovat välttämättömiä jonkin vahvan atomienväliset vuorovaikutus. Tämä oli teoria kvarkkien.

Mikä se on?

Muuten, mikä on kvarkki? Tämä on yksi tärkeimmistä aineosien Hadron. Tärkeää! Tämä hiukkanen on "puoli" spin, oikeastaan on fermioni. Väristä riippuen (katso alla) kvarkki maksu voi olla yhtä suuri kuin kolmannen tai kaksi kolmasosaa vastaavan protonin. Mitä värejä, joita on kuusi (sukupolvi kvarkkien). Ne ovat tarpeen, jotta ei loukata Pauli.

perustiedot

Osana näiden hiukkasten hadronien ovat etäisyyden ei ylitä arvoa synnytyksen. Syy on yksinkertainen: he vaihtavat vektorit mittari kenttä, joka on, gluons. Miksi se on niin tärkeää kvarkki? Gluoni plasma (kyllästetty kvarkkien) - aineen olotilaan, jossa kaikki maailmankaikkeuden heti Big Bang. Niinpä olemassaolo kvarkkien ja gluonit - suora vahvistus, että hän oli todellakin.

Niillä on myös omat väri, mutta koska liikkeen luovat virtuaalisia kopioita. Näin ollen, kun etäisyys kvarkki niiden välillä voimassa on lisääntynyt huomattavasti. Kuten kuvitella saattaa, jolla on minimietäisyys vuorovaikutuksen käytännössä häviää (Asymptoottisen).

Näin ollen, mikä tahansa vahva vuorovaikutus on hadronien johtuen siirtyminen gluonit välillä kvarkkien. Jos puhumme vuorovaikutuksesta hadronien, he selittävät siirtoa PI-Meson resonanssi. Yksinkertaisesti sanottuna, kaikki välillisesti jälleen alennetaan vaihtoa gluons.

Miten kvarkki osa nucleons?

Kukin neutroni koostuu parista d-kvarkki ja tazhe yhden u-kvarkki. Kukin protoni Päinvastoin - yksittäisen d-kvarkki parin U-kvarkki. Muuten puhuminen, kirjaimet asetetaan riippuen kvanttiluvut.

Olkaamme selittää. Esimerkiksi, beetahajoaminen on selitetty melko muutosta yhden samantyyppistä kvarkki on nukleoni koostumuksen toiseen. Voidaan paremmin ymmärtää kaavan tätä prosessia voidaan kirjoittaa näin: d = u + w (tämä neutroni hajoaminen). Näin ollen protoni on kirjoitettu hieman erilainen kaava: u = d + w.

Muuten, se on jälkimmäinen prosessi on selittää tasaista neutriinoja ja positroneista suurten tähtijoukkoja. Joten mittakaavassa maailmankaikkeuden hieman vähemmän tärkeä hiukkanen, joka on kvarkki-gluoniplasma, kuten olemme jo todenneet, vahvistaa alkuräjähdyksen ja tutkimus näiden hiukkasten avulla tutkijat voivat paremmin ymmärtää olemusta maailmaa, jossa elämme.

Vähemmällä kuin kvarkki?

Muuten, mitä se koostuu kvarkkien? Ne ovat olennainen osa preons. Nämä hiukkaset ovat hyvin pieniä ja huonosti, niin että vielä nykyäänkin ne ovat tiedossa ei ole niin paljon. Tässä on pienempi kvarkkien.

Mistä ne tulevat?

Nykyisin yleisin preons kaksi hypoteesia: merkkijono teoria ja teorian Bilson-Thompson. Ensimmäisessä tapauksessa, esiintyminen hiukkasen tietojen selitetään merkkijono värähtely. Toinen hypoteesi viittaa siihen, että niiden ulkonäkö johtuu virittynyt tila tilaa ja aikaa.

On mielenkiintoista, että toisessa tapauksessa on mahdollista kuvata ilmiötä, käyttäen matriisin rinnakkain kuljetus pitkin käyriä spin-verkon. Ominaisuuksia tämän itse matriisin ja määrittää ne, preons. Sitä se koostuu kvarkkien.

Yhteenvetona voimme sanoa, että kvarkit - eräänlainen "kvanttien" kokoonpanon hadronien. Vaikuttunut? Ja nyt puhumme miten oli auki Merenkurkussa. Tämä on erittäin jännittävä tarina, joka muun muassa täysin paljastaa joitakin yksityiskohtia on kuvattu edellä.

outoa hiukkasia

Välittömästi päättymisen jälkeen toisen maailmansodan, tutkijat ovat alkaneet aktiivisesti tutkia maailmaa atomia pienemmät hiukkaset, jotka ovat tähän saakka näyttänyt vain primitiivisiä (varten view). Protoneja, neutroneja (nukleoneista) atomin ja elektronit on muodostettu. Vuonna 1947 hän avasi pionit (ja ennusti sen olemassaolon vuonna 1935), jotka olivat vastuussa keskinäisen vetovoiman nucleons tumassa atomeista. Tämä tapahtuma ei ole tieteellinen näyttely omistettu hänen aikanaan. Kvarkit eivät olleet vielä auki, mutta aika hyökkäys heidän "jalanjälki" lähestyi.

Neutriinot tuolloin ei ole vielä löydetty. Mutta niiden ilmeisen tärkeä selittää beetahajoaminen atomien oli niin suuri, että tutkijat ovat vähän epäilystä niiden olemassaolosta. Lisäksi jo havaita tai ennustaa joitakin antihiukkasia. Tilanne jäi epäselväksi vain myonit jotka on muodostettu aikana rappeutuminen pionien ja sen jälkeen siirtyminen neutriinoja, elektroni tai positroni. Fyysikot eivät ymmärrä, miksi tarvitsen tätä väliasemaa.

Valitettavasti tällainen yksinkertainen ja vaatimaton malli hyvin lyhyesti selvisi avaaminen pionit. Vuonna 1947 kaksi Englanti fyysikko Dzhordzh Rochester ja Clifford Butler julkaisi utelias artikkelin tiedelehti Nature. Hän toimi materiaalia tutkimuksessaan kosmisten säteiden pilven läpi kammion, jonka aikana he saivat prelyubopytny tietoa. Yhdellä kuvia kaapattu havainto, se näkyi selvästi pari kappaletta, joilla on yhteinen alkuperä. Koska ero oli kuin Latinalaisessa V, niin selvisi - maksu näiden hiukkasten on varmasti erilainen.

Tutkijat kerran olettaa, että nämä kappaleet osoittavat tosiasia romahduksen joitakin tuntemattomia hiukkanen, joka ei jää jälkeen muista kappaleista. Laskelmat osoittivat, että sen massa - noin 500 MeV, joka on paljon suurempi kuin tämä arvo elektronin. Tietenkin tutkijat ovat nimenneet niiden avaamista V-hiukkanen. Kuitenkin, tämä ei ollut kvarkki. Tämä hiukkasen oli vielä odottamassa.

Vasta alkua

Tämän löydön, se kaikki alkoi. Vuonna 1949, samoissa olosuhteissa hiukkasten radan todettiin, joka aiheutti vain kolme pionien. Pian kävi selväksi, että hän, samoin kuin V-bittinen - aivan eri perheenjäsenet, joka koostuu neljästä hiukkasia. Myöhemmin heitä kutsuttiin K-mesons (kaons).

Pari veloitetaan kaons on massa 494 MeV, ja tapauksessa on neutraali - 498 MeV. Muuten, vuonna 1947, tutkijat oli onni kaapata aivan sama hyvin harvinainen tapaus positiivinen Kaon hajoaa, mutta tuolloin ne vain eivät pystyneet tulkitsemaan oikein kuvan. Ollakseen täysin oikeudenmukainen, se on itse asiassa ensimmäinen havainto Kaon tehtiin jo vuonna 1943, mutta tietoja oli lähes kadonnut taustaa vasten lukuisia sodanjälkeisen tieteellisiä julkaisuja.

uusi kummallisuuksien

Ja sitten tutkijat odottivat edelleen löytöjä. Vuonna 1950 ja 1951, tutkijat yliopistoista Manchesterin ja Melnburskogo onnistuneet löytämään hiukkanen on paljon raskaampaa kuin protonit ja neutronit. Hänellä oli jälleen veloituksetta, mutta hajoaa protoni ja pioni. Jälkimmäinen, kuten voitte kertoa, oli negatiivinen varaus. Uusi hiukkanen merkitään kirjaimella Λ (lambda).

Mitä enemmän aikaa kului, sitä enemmän kysymyksiä johtuvat tutkijat. Ongelmana oli, että uudet partikkelit valmistetaan yksinomaan vahva ydin- vuorovaikutuksia, nopeasti hajottaa muodostamiseksi protonit ja neutronit. Lisäksi ne näkyvät aina pareittain yhden ilmenemismuotoja koskaan tehnyt. Siksi ryhmä fyysikkojen Yhdysvalloista ja Japani ehdotti käyttää niiden kuvaus uuden kvanttiluku - kummajainen. Mukaan niiden määritelmän, omalaatuinen kaikkien muiden tunnettujen hiukkasten nolla.

lisätutkimuksia

Läpimurto tutkimuksissa tapahtui vasta syntynyt uusi systematization hadronien. Merkittävä hahmo tässä oli Israelin Yuval Ne'eman, joka muutti hänen erinomaisesta sotilasuransa olla yhtä loistava tiedemies.

Hän huomautti, että auki, kun mesons ja baryoneja rappeutuminen muodostaen klusterin liittyvän hiukkasten multiplettien. Jäsenten kunkin tällaisen yhdistyksen omalaatuinen oltava täysin identtisiä, mutta vastapäätä sähkövarauksia. Joten miten vahva ydinvoima vuorovaikutus sähkövarausten ei riipu kaikissa muualla multipletteina hiukkasten upeilta kaksoset.

Tutkijat ovat ehdottaneet, että esiintyminen tällaisissa kokoonpanoissa täyttää tietyt luonnon symmetria, ja pian he löysivät hänet. Se oli yksinkertainen yleistys spin ryhmän SU (2), joka tutkijat ympäri maailmaa käytetään kuvaamaan kvanttiluvut. Se on vain tuolloin oli jo tiedossa 23 hadronien, ja heidän selkänsä olivat 0, ½ tai koko yksikkö, joten käytä tätä luokitusta ei ole ollut mahdollista.

Tämän seurauksena, sen oli luokitukseen käytetään kerran kaksi kvanttiluvut, mikä suuresti laajennettu luokitus. Ja siellä oli ryhmä SU (3), joka alussa vuosisadan Ranskan matemaatikko Elie Cartan. Määrittää taksonominen asema jokaisen hiukkasen se, tutkimusohjelmassa on kehitetty tutkijat. Kvarkki myöhemmin helposti tuli systemaattista sarja, joka vahvisti absoluuttinen oikeita asiantuntijoita.

Uusi kvanttiluku

Joten tutkijat ovat tulleet ajatus käyttää abstraktin kvanttiluvut, joista tulee hypercharge ja isotooppilaitoksia spin. Kuitenkin samalla menestys on mahdollista ottaa outouden ja sähkövaraus. Tämä järjestelmä on perinteisesti nimetty kahdeksanosaiseen polkuun. Tämä on otettu vastaavasti buddhalaisuuden, missä saavuttaa nirvanan myös siirtää kahdeksan tasoa. Kuitenkin kaikki tämä sanoitukset.

Neeman työnsä ja hänen kollegansa, Gell-Mann, julkaistiin vuonna 1961, ja numero silloisen mesons ei ylittänyt seitsemää. Mutta niiden paperin, tutkijat eivät pelänneet mainita suurella todennäköisyydellä olemassaolosta kahdeksannen Meson. Myös vuonna 1961, niiden teoria loistavasti vahvistettu. Löydetty hiukkanen nimeltään eta mesonin (kreikkalainen kirjain η).

Edelleen löydöt ja kokeet loistavasti vahvisti oikeellisuuden absoluuttinen luokittelu SU (3). Tämä tuli voimakas kannustin tutkijoille, jotka ovat huomanneet, että he ovat oikealla tiellä. Jopa Gell-Mann ei ollut epäilystäkään siitä, että luonnossa on kvarkkien. Arviot hänen teorioita eivät olleet erittäin myönteisiä, mutta tiedemies oli vakuuttunut, että hän oli oikeassa.

Täällä ja kvarkit!

Pian artikkelin "Kaavamainen malli baryoneja ja mesons." Siinä tutkijat pystyivät kehittämään ajatusta systematisointi, joka on osoittautunut niin hyödylliseksi. He havaitsivat, että SU (3) on täysin olettanut koko triplettejä fermionit, sähkövaraus vaihtelee 2/3 ja 1/3 ja 1/3, missä tripletti yhden hiukkasen on aina erilainen nollasta poikkeava omalaatuinen. Jo tunnetut meille Gell-Mann kutsui niitä "alkeishiukkasten kvarkkien."

Mukaan maksut, hän merkitty ne u, d ja s (alkaen Englanti sanat ylös, alas ja outoa). Mukaisesti uuden järjestelmän, joista kukin on muodostettu kolme Baryoni kvarkki. Mesons järjestetään paljon helpompaa. Ne sisältävät yhden kvarkki (tämä sääntö on muuttumaton) ja antikvarkki. Vasta sen jälkeen, että tiedeyhteisö tuli tietoinen näiden hiukkasten, jotka on tehty meidän artikkeli.

Hieman historiaa

Tämä artikkeli, joka paljolti kehitystä fysiikan tulevina vuosina, on varsin mielenkiintoinen historia. Gell-Mann ajatellut tällaisista kolmoset kauan ennen sen julkaisemista, mutta kukaan ei keskustella oletuksia. Että hänen oletus, että on olemassa hiukkasia, jotka ovat murto-maksu, näytti siansaksaa. Kuitenkin, kun keskustelun erinomainen teoreettinen fyysikko Robert Serber hän tietää, että hänen kollegansa on tehnyt täsmälleen samat johtopäätökset.

Lisäksi tutkija teki ainoa oikea johtopäätös, että tällaisista hiukkasista on mahdollista vain, jos ne eivät ole vapaita fermioneja, ja ovat osa hadronien. Todellakin, tässä tapauksessa niiden maksut integroitu! Ensinnäkin Gell-Mann kutsui heidät kvorkami ja edes mainita niitä MTI, mutta reaktio opiskelijoiden ja opettajien oli hyvin hillitty. Siksi tiedemies pitkään ajatellut, onko hän olisi hänen tutkimus yleisölle.

Sana "kvarkki" (Kuulostaako huuto ankat) otettiin teoksia James Joyce. Kumma kyllä, mutta amerikkalainen tutkija lähetti artikkelin arvostetun eurooppalaisen tiedelehti Physics Letters, koska vakavasti huolissaan siitä, että samanlaisen tason tarkistamista amerikkalaisen painoksen Physical Review Letters ei hyväksy sitä julkaistavaksi. Muuten, jos haluat etsiä ainakin kopion artikkelin - sinun suora tie samaan Berliinin museo. Kvarkkien hänen exposition ei ole saatavilla, mutta täydellinen tarina havaitsemisesta (tai pikemminkin, tositteita) on.

Alku kvarkki vallankumous

Rehellisyyden on huomattava, että lähes samaan aikaan samaan ajatus tuli CERN tiedemies, Dzhordzh Tsveyg. Ensinnäkin hänen opettajansa oli itse Gell-Mann, ja sitten Richard Feynman. Zweig määriteltiin myös todellisuuden fermionit, joka oli murto maksu, mutta kutsui heidät ässää. Lisäksi lahjakas fyysikko katsotaan myös baryoneja kuin kolme kvarkit ja mesons - yhdistelmänä kvarkki ja antikvarkki.

Yksinkertaisesti sanottuna, oppilas opettajansa päätelmien täysin toisti, puhumattakaan siitä. Hänen työnsä on esiintynyt jopa pari viikkoa ennen julkaisemista Mann, vaan ainoastaan "kotitekoisia" laitos. On kuitenkin läsnäolo kahden riippumattoman teoksista, joissa tulokset olivat lähes identtiset, kun vakuuttunut jotkut tutkijat uskollisuutta ehdotettu teoria.

Vuodesta hylkääminen luottaa

Mutta monet tutkijat ovat ottaneet tämän teorian ei ole välittömästi. Kyllä, toimittajia ja teoreetikot nopeasti rakastui hänen selkeyden ja yksinkertaisuuden, mutta vakava fyysikot ovat hyväksyneet sen vasta niin kauan kuin 12 vuotta. Sinun ei pitäisi syyttää heitä liiallista konservatismi. Se, että alkuperäinen teoria kvarkkien jyrkässä ristiriidassa Paulin kieltosääntö, jota edellä alussa tämän artikkelin. Jos oletamme, että protoni sisältää parin U-kvarkkien ja ainoa d-kvarkki, ensimmäinen pitäisi olla nimenomaan samassa kvanttitilassa. Mukaan Pauli, se on mahdotonta.

Se oli silloin ja siellä oli ylimääräinen kvantti määrä, ilmaistuna värin (kuten edellä mainittiin). Lisäksi on epäselvää, miten yleinen kvarkki alkeishiukkasten vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, miksei täyttämään vapaata lajeja. Kaikki nämä salaisuudet auttanut purkamaan mittari alalla teoriassa, joka "toi mieleen" vain keskellä 70s. Samoihin aikoihin, kvarkki teoria hadronien luonnollisesti mukana siinä.

Mutta ennen kaikkea vaikeutti kehitystä teorian täydellinen puuttuminen ainakin joidenkin kokeellisten testien, joka vahvistaisi sekä olemassaolon ja vuorovaikutuksen kvarkit ja muut hiukkaset. Ja ne vähitellen alkoi ilmestyä vasta 60-luvun lopulla, kun tekniikan nopea kehitys mahdollisti kokemus "siirto" elektronisäteitä protonien. Juuri nämä kokemukset ovat antaneet osoittaa, että sisälle protonit todella "piilottaa" joitakin hiukkasia, jotka oli alun perin nimeltään partons. Myöhemmin kuitenkin vakuuttunut siitä, että se ei ole mitään kuin todellinen rahka, mutta vasta loppuvuodesta 1972.

kokeellinen vahvistus

Tietenkin lopullinen tiedeyhteisön uskomuksia kesti paljon kokeellista tietoa. Vuonna 1964 James Bjorken ja Sheldon Glashow (tulevien Nobelin muuten) ovat ehdottaneet, vaikka voi olla neljäsosa rahka laji, jonka he nimesivät hurmasi (hurmasi).

On ansiosta tämän hypoteesin, tutkijat vuonna 1970 pystyivät selittämään monet omituisuuksia, jotka on havaittu hajoaminen neutraalin kaons ladattu. Neljän vuoden jälkeen vain kaksi riippumatonta ryhmää amerikkalaisten fyysikkojen pystyivät korjata mesonin rappeutuminen, johon sisältyi vain yksi "hurmasi" rahka ja sen antikvarkki. Ei ole ihme, että tämä tapahtuma kerran puhuttu marraskuun vallankumouksen. Ensimmäistä kertaa kvarkki teoria oli enemmän tai vähemmän "visuaalinen" vahvistus.

Tärkeyttä aukon mainitun ainakin siitä, että projektipäällikkö, Samuel Ting ja Burton Richter, kaksi vuotta myöhemmin sai Nobelin: Tapahtuma näkyy useita artikkeleita. Joidenkin niistä löytyy alkuperäisessä, jos käyt New Yorkin Museum of Natural History. Kvarkit, ja kuten olemme jo todenneet - erittäin tärkeä löytö nykyaikana, ja siksi huomiota tiedeyhteisössä maksettu niistä kovasti.

ultima suhde

Vasta vuonna 1976, tutkijat löysi yhden hiukkasen nollasta charmia, neutraali D-meson. Tämä on melko monimutkainen yhdistelmä hurmasi kvarkki ja u-antikvarkki. Täällä jopa piintynyt viholliset olemassaolosta kvarkkien joutuivat myöntämään totuuden teoria, ensimmäinen kuvattu yli kaksi vuosikymmentä sitten. Yksi kuuluisimmista teoreettinen fyysikko, Dzhon Ellis, kutsutaan viehätys "vipu, joka muutti maailman."

Pian luettelo uusia löytöjä tuli ja pari erittäin massiivinen kvarkkien, ylhäällä ja alhaalla, jotka voivat helposti suhteuttaa jo hyväksytty tilaushetkellä SU (3). Viime vuosina tutkijat sanovat, että on olemassa niin sanottuja Tetraquarks että jotkut tutkijat ovat puhuttu "Hadron molekyylejä."

Osa tuloksista ja johtopäätökset

On ymmärrettävä, että aukko ja tieteelliset perusteet olemassaolon kvarkkien, itse asiassa, voit turvallisesti olettaa, että tieteellinen vallankumous. Sitä voidaan pitää alussa 1947 (itse asiassa 1943), ja lopussa se osuu ensimmäisen havaitsemiseen "hurmasi" mesons. On käynyt ilmi, että keston viimeinen avaamisen tällainen taso on, ei enempää eikä vähempää, peräti 29 vuotta (tai jopa 32 vuotta)! Ja koko tämän ajan on käytetty paitsi vuoksi löytää kvarkki! Gluoni plasmassa päätavoite maailmankaikkeudessa herätti pian paljon enemmän huomiota tutkijoiden.

Kuitenkin monimutkaisempi siitä tulee alan tutkimuksen, sitä kauemmin kestää suorittaa todella tärkeitä löytöjä. Ja kun puhumme hiukkaset, kuinka tärkeä tämä löytö ei voi aliarvioida ketään. Opiskelu rakenne kvarkkien, henkilö pystyy tunkeutumaan syvemmälle salaisuuksia maailmankaikkeuden. On mahdollista, että vasta sen jälkeen opintonsa voimme oppia, miten alkuräjähdyksen ja maailmankaikkeuden kehittyy sen mukaan, mitä lakeja. Joka tapauksessa on mahdollista avata ne vakuuttamaan monet fyysikot että todellisuus ympärillämme on paljon vaikeampaa aikaisempia suorituksia.

Joten tiedät mitä kvarkki. Tämä hiukkasen tuolloin aiheutti sensaation tiedemaailmassa, ja tänään tutkijat ovat toiveikkaita vihdoin paljastaa kaikki salaisuutensa.