Quark - adalah bahawa zarah? Mengetahui apa yang ia terdiri daripada kuark. Apa zarah lebih kecil daripada quark yang?

Hanya setahun yang lalu, Peter Higgs dan François Englert memenangi Hadiah Nobel untuk kerja-kerja beliau, yang telah menumpukan kepada kajian zarah subatom. Ini mungkin kelihatan tidak masuk akal, tetapi penemuan saintis beliau telah membuat setengah abad yang lalu, tetapi sehingga hari ini mereka tidak memberi walaupun masalah besar sedikit.

Pada tahun 1964, dua ahli fizik lebih berbakat juga dilakukan dengan teori pecah tanah. Pada mulanya, dia juga menarik sedikit perhatian. Ia pelik, kerana ia digambarkan struktur hadrons, yang sangat diperlukan bagi setiap satu interaksi antara atom kuat. Ini ialah teori kuark.

Apa yang ia?

Dengan cara itu, apa yang quark yang? Ini adalah salah satu yang paling penting juzuk yang Hadron. Penting! zarah ini mempunyai "separuh" spin, benar-benar berada fermion a. Bergantung kepada warna (lihat di bawah) Caj quark tidak boleh sama dengan ketiga atau dua pertiga daripada tuduhan proton. Bagi warna, di mana terdapat enam (generasi kuark). Mereka adalah perlu agar tidak melanggar prinsip Pauli.

maklumat asas

Sebagai sebahagian daripada zarah ini hadrons berada pada jarak tidak melebihi nilai pantang. Sebabnya mudah: mereka bertukar-tukar bidang tolok vektor, iaitu, gluon. Mengapa quark begitu penting? Gluon plasma (kuark tepu) - satu keadaan jirim di mana semua alam semesta selepas Big Bang. Oleh itu, kewujudan kuark dan gluon - satu pengesahan langsung bahawa dia sesungguhnya.

Mereka juga mempunyai warna mereka sendiri, tetapi kerana pergerakan membuat salinan maya mereka. Oleh itu, apabila jarak di antara daya quark antara mereka jauh meningkat. Sebagai salah satu boleh bayangkan, dengan jarak minimum interaksi dikatakan hilang (kebebasan asimptot).

Oleh itu, mana-mana interaksi kuat dalam hadrons disebabkan oleh peralihan gluons antara kuark. Jika kita bercakap mengenai interaksi antara hadrons, mereka menjelaskan pemindahan pi-meson resonans. Pendek kata, semua tidak langsung sekali lagi dikurangkan dengan pertukaran gluons.

Bagaimana quark sebahagian daripada nukleon?

Setiap neutron terdiri daripada sepasang d-quark dan tazhe single u-quark. Setiap bertentangan proton, - pasangan tunggal d-quark u-quark. Dengan cara bercakap, huruf diletakkan bergantung kepada bilangan kuantum.

Biar kami terangkan. Sebagai contoh, pereputan beta dijelaskan agak transformasi salah satu daripada jenis yang sama quark dalam komposisi nukleon yang lain. Untuk lebih mudah difahami sebagai formula proses ini boleh ditulis seperti ini: d = u + w (pereputan neutron ini). Dengan itu, proton yang ditulis formula sedikit berbeza: u = d + w.

Secara kebetulan, ia adalah satu proses yang kedua dijelaskan oleh aliran neutrino dan positron kelompok bintang utama. Jadi skala alam semesta sedikit kurang penting zarah, yang merupakan quark-gluon plasma, seperti yang kita telah berkata, mengesahkan Big Bang, dan kajian zarah membolehkan saintis untuk lebih memahami intipati dunia di mana kita hidup.

Dengan kurang daripada quark yang?

Dengan cara itu, apa yang ia terdiri daripada kuark? Mereka adalah sebahagian preons. Zarah-zarah ini adalah sangat kecil dan kurang difahami, supaya walaupun hari ini mereka dikenali tidak begitu banyak. Berikut adalah kuark lebih kecil.

Di manakah mereka datang?

Hari ini, bentuk yang paling biasa preons dua hipotesis: teori string dan teori Bilson-Thompson. Dalam kes pertama, kejadian data zarah menjelaskan rentetan ayunan. Hipotesis kedua menunjukkan bahawa penampilan mereka adalah disebabkan oleh keadaan teruja ruang dan masa.

Adalah menarik bahawa dalam kes kedua ia adalah mungkin untuk memerihalkan fenomena itu, dengan menggunakan matriks pengangkutan selari di sepanjang keluk rangkaian putaran. Sifat-sifat matriks ini sendiri dan menentukan mereka untuk preons. Itulah apa yang ia terdiri daripada kuark.

Merumuskan, kita boleh mengatakan bahawa kuark - sejenis "quanta" dalam komposisi hadrons. Kagum? Dan sekarang kita akan bercakap tentang bagaimana untuk melakukan terbuka quark. Ini adalah kisah yang sangat menarik yang, antara lain, sepenuhnya mendedahkan beberapa butiran yang diterangkan di atas.

zarah pelik

Sejurus selepas berakhirnya Perang Dunia II, para saintis telah mula aktif meneroka dunia zarah subatom, yang selama ini seolah-olah hanya primitif (untuk pandangan). Proton, neutron (nukleon) dan elektron membentuk atom. Pada tahun 1947 dia membuka peonies (dan diramalkan kewujudannya pada tahun 1935), yang bertanggungjawab untuk tarikan bersama nukleon dalam nukleus atom. Acara ini bukan pameran saintifik telah ditumpukan pada zamannya. Kuark tidak lagi terbuka, tetapi kali serangan ke atas "jejak" mereka semakin hampir.

Neutrino pada masa itu belum lagi ditemui. Tetapi kepentingannya jelas mereka untuk menjelaskan pereputan beta atom adalah sangat besar bahawa ahli-ahli sains mempunyai sedikit keraguan kewujudan mereka. Di samping itu, sudah mengesan atau meramalkan beberapa anti zarah-zarah. Keadaan masih tidak jelas hanya dengan muons yang terbentuk semasa pereputan pions dan selepas peralihan kepada neutrino, elektron atau positron. Ahli fizik tidak faham, mengapa saya perlu stesen perantaraan ini.

Malangnya, seperti model yang mudah dan bersahaja sangat ringkas terselamat pembukaan pions. Pada tahun 1947, dua ahli fizik Inggeris George Rochester dan Clifford Butler, menerbitkan satu artikel ingin tahu dalam jurnal saintifik Nature. Beliau berkhidmat sebagai bahan untuk kajian mereka sinar kosmik melalui kebuk awan di mana mereka menerima maklumat prelyubopytny. Pada salah satu gambar yang ditangkap semasa pemerhatian, ia adalah jelas kelihatan beberapa trek dengan keasalan yang sama. Kerana perbezaan itu seperti Latin V, kemudian ia menjadi jelas - tuduhan zarah ini pasti berbeza.

Ahli-ahli sains apabila diandaikan bahawa trek ini menunjukkan hakikat kejatuhan zarah tertentu yang tidak diketahui yang tidak ketinggalan trek lain. Pengiraan menunjukkan bahawa massa - kira-kira 500 MeV, yang jauh lebih besar daripada nilai ini untuk elektron. Sudah tentu, penyelidik telah menamakan pembukaan V-zarah mereka. Walau bagaimanapun, ini tidak quark. zarah ini masih menunggu di sayap.

Hanya permulaan

Dengan penemuan ini, ia bermula. Pada tahun 1949, di bawah keadaan yang sama trek zarah itu ditemui, yang menimbulkan hanya tiga pions. Ia menjadi jelas bahawa dia, serta V-bit - agak ahli yang berbeza dalam keluarga, yang terdiri daripada empat zarah. Kemudian mereka dipanggil K-meson (kaons).

Pasangan didakwa kaons mempunyai jisim 494 MeV, dan dalam hal caj neutral - 498 MeV. Secara kebetulan, pada tahun 1947, ahli-ahli sains mempunyai nasib untuk menangkap hanya yang sama sangat jarang berlaku kes positif Kaon pereputan, tetapi pada masa yang mereka hanya tidak dapat mentafsir dengan betul gambar. Walau bagaimanapun, untuk menjadi sempurna adil, ia sebenarnya adalah pemerhatian pertama Kaon telah dibuat semula pada tahun 1943, tetapi maklumat mengenainya telah hampir hilang terhadap latar belakang banyak penerbitan saintifik selepas perang.

menimbulkan kejanggalan baru

Dan kemudian saintis menunggu penemuan selanjutnya. Pada tahun 1950 dan 1951, penyelidik dari universiti-universiti di Manchester dan Melnburskogo berjaya mencari zarah adalah lebih berat daripada proton dan neutron. Beliau sekali lagi tidak mempunyai caj, tetapi mereput kepada proton dan pion a. Yang terakhir ini, seperti yang anda tahu, mempunyai cas negatif. A zarah baru ditandakan dengan huruf Λ (lambda).

lebih banyak masa berlalu, lebih banyak soalan timbul daripada para saintis. Masalahnya ialah bahawa zarah baru dihasilkan secara eksklusif oleh interaksi nuklear kuat, cepat mogok untuk membentuk proton dan neutron. Di samping itu, mereka sentiasa aksara berpasangan, manifestasi tunggal tidak pernah. Itulah sebabnya sekumpulan ahli fizik dari Amerika Syarikat dan Jepun dicadangkan untuk digunakan dalam sifat mereka beberapa kuantum baru - pelik. Menurut definisi mereka, keganjilan semua zarah lain yang diketahui sifar.

penyelidikan lanjut

Kejayaan dalam kajian penyelidikan berlaku hanya selepas kemunculan sistematisasi baru hadrons. Seorang tokoh korporat dalam ini adalah Yuval Ne'eman Israel, yang menukar kerjaya tentera tertunggak untuk menjadi cemerlang ahli sains.

Beliau menegaskan bahawa terbuka oleh masa meson dan baryons pereputan, membentuk satu kelompok zarah multiplets berkaitan. Ahli setiap persatuan-persatuan ini telah betul-betul keganjilan yang sama, tetapi caj elektrik bertentangan. Jadi bagaimana interaksi nuklear kuat caj elektrik tidak bergantung, dalam semua yang lain multiplets zarah melihat kembar hebat.

Para saintis telah mencadangkan bahawa kejadian pembentukan itu memenuhi simetri semula jadi tertentu, dan tidak lama lagi mereka dapat untuk mencari beliau. Ia adalah mudah generalisasi daripada spin kumpulan SU (2), yang saintis di seluruh dunia yang digunakan untuk menggambarkan kuantum nombor. Itu hanya pada masa itu sudah diketahui 23 hadrons, serta belakang mereka adalah sama dengan 0, ½ atau keseluruhan unit, jadi menggunakan pengelasan ini tidak mungkin.

Hasilnya, ia perlu digunakan untuk pengelasan sekali dua nombor kuantum, dengan itu banyak berkembang klasifikasi. Dan ada sekumpulan SU (3), yang pada awal abad oleh ahli matematik Perancis Elie Cartan. Untuk menentukan kedudukan taksonomi setiap zarah di dalamnya, saintis membangunkan program penyelidikan. Quark kemudiannya mudah masuk ke dalam satu siri sistematik, yang mengesahkan kebetulan mutlak pakar.

nombor kuantum baru

Jadi saintis telah datang kepada idea menggunakan abstrak nombor kuantum, yang menjadi hypercharge dan spin isotop. Walau bagaimanapun, dengan yang sama kejayaan ia adalah mungkin untuk mengambil keganjilan dan elektrik caj. Skim ini telah konvensional bernama Lapan Lapis Path. Ini ditangkap analogi dengan agama Buddha, di mana untuk mencapai nirvana juga perlu lulus tahap lapan. Walau bagaimanapun, semua lyrics ini.

Neeman kerjanya dan rakan sekerja beliau, Gell-Mann, yang diterbitkan pada tahun 1961, dan bilangan meson itu dikenali tidak melebihi tujuh. Tetapi dalam karya mereka, para penyelidik tidak takut lagi kebarangkalian tinggi kewujudan meson kelapan. Juga pada tahun 1961, teori mereka cemerlang disahkan. Mendapati zarah dipanggil eta meson (Yunani surat η).

penemuan lanjut dan eksperimen cemerlang mengesahkan ketepatan klasifikasi mutlak SU (3). Ini menjadi insentif yang kuat untuk penyelidik yang mendapati bahawa mereka berada di landasan yang betul. Malah Gell-Mann tidak mempunyai keraguan dalam fakta bahawa dalam alam semula jadi terdapat kuark. Ulasan teori-teorinya tidak begitu positif, tetapi saintis yakin bahawa dia adalah betul.

Di sini dan kuark!

Tidak lama selepas artikel "A model skema baryons dan meson." Di dalamnya, ahli sains dapat memajukan lagi idea sistematisasi, yang telah terbukti sangat berguna. Mereka mendapati bahawa SU (3) benar-benar menganggap kewujudan kembar tiga keseluruhan fermion, caj elektrik pilihan dari 2/3 kepada 1/3 dan 1/3, di mana dalam triplet satu zarah sentiasa keganjilan bukan sifar yang berbeza. Sudah terkenal kepada kami Gell-Mann memanggil mereka "zarah asas kuark."

Mengikut pertuduhan, beliau melabelkan mereka sebagai u, d dan s (dari perkataan Bahasa Inggeris ke atas, bawah dan pelik). Mengikut skim yang baru, setiap yang dibentuk oleh tiga baryon Kuark. Mesons disusun lebih mudah. Mereka mengandungi satu quark (ini peraturan tidak berubah) dan antiquark. Hanya selepas itu masyarakat saintifik menyedari kewujudan zarah ini, yang merupakan subjek artikel kami.

Sedikit lebih Sejarah

artikel ini, yang sebahagian besarnya ditentukan pembangunan fizik pada tahun-tahun, mempunyai sejarah yang agak menarik. Gell-Mann berpendapat kewujudan kembar tiga itu lama sebelum penerbitannya, tetapi tidak untuk membincangkan andaian mereka. Hakikat bahawa andaian kewujudan zarah yang mempunyai cas pecahan, kelihatan seperti bahasa raban. Walau bagaimanapun, selepas perbualan dengan tertunggak ahli fizik teori Robert Serber dia tahu bahawa rakan sekerja beliau telah melakukan tepat kesimpulan yang sama.

Di samping itu, ahli sains dibuat hanya kesimpulan yang betul bahawa kewujudan zarah seperti hanya boleh dilakukan jika mereka tidak fermion percuma, dan merupakan sebahagian daripada hadrons. Malah, dalam kes ini, caj mereka bersepadu! Pertama Gell-Mann memanggil mereka kvorkami dan juga menyebut mereka dalam MTI, tetapi reaksi pelajar dan guru sangat rendah utama. Itulah sebabnya seorang saintis untuk masa yang lama berfikir sama ada dia perlu membuat kajian beliau kepada orang ramai.

Perkataan "quark" (bunyi ini seperti laungan itik) diambil dari karya-karya James Joyce. Apa yang cukup pelik, tetapi ulama American menghantar artikelnya di Eropah jurnal saintifik berprestij Surat Fizik, kerana serius dikhuatiri semakan yang sama tahap edisi Amerika Persuratan Physical Review tidak akan menerimanya untuk penerbitan. Dengan cara ini, jika anda mahu untuk mencari sekurang-kurangnya satu salinan artikel - anda mengarahkan jalan ke muzium Berlin yang sama. Kuark dalam penjelasan beliau tidak boleh didapati, tetapi cerita penuh penemuan mereka (atau lebih tepat, bukti dokumen) adalah.

Bermula quark revolusi

Dalam keadilan perlu ditegaskan bahawa hampir pada masa yang sama untuk pemikiran yang sama datang dari CERN saintis, George Zweig. Pertama, mentornya adalah dirinya Gell-Mann, dan kemudian Richard Feynman. Zweig juga ditakrifkan realiti fermion, yang mempunyai caj pecahan, tetapi memanggil mereka ace. Selain itu, seorang ahli fizik yang berbakat juga dianggap baryons sebagai tiga kuark dan meson - sebagai gabungan yang quark dan antiquark yang.

Ringkasnya, murid kesimpulan gurunya mengulangi sepenuhnya, agak selain daripadanya. Hasil kerja beliau telah muncul walaupun beberapa minggu sebelum penerbitan Mann, tetapi hanya sebagai institusi "buatan sendiri". Walau bagaimanapun, adalah kehadiran dua karya bebas di mana hasil kajian adalah hampir sama, sekali yakin beberapa saintis setia kepada teori yang dicadangkan.

Kekufurannya mempercayai

Tetapi ramai penyelidik telah mengambil teori ini tidak serta-merta. Ya, wartawan dan ahli-ahli teori cepat jatuh cinta dengan dia untuk kejelasan dan kesederhanaan, tetapi ahli fizik serius telah diterima hanya selepas selama 12 tahun. Anda tidak boleh menyalahkan mereka kerana konservatif yang berlebihan. Hakikat bahawa teori asal kuark berbeza dengan prinsip pengecualian Pauli, yang telah dinyatakan pada awal artikel ini. Jika kita menganggap bahawa proton mengandungi sepasang u-kuark dan satu-satunya d-quark, yang pertama perlu tegas keadaan kuantum yang sama. Menurut Pauli, ini adalah mustahil.

Ia kemudiannya dan terdapat nombor kuantum tambahan, dinyatakan sebagai warna (seperti yang telah dinyatakan di atas). Tambahan pula, ia adalah tidak jelas bagaimana quark umum zarah asas berinteraksi antara satu sama lain, mengapa tidak memenuhi spesies lapang mereka. Semua rahsia-rahsia ini banyak membantu membongkar teori medan tolok, yang "dibawa ke minda" hanya dalam tahun 70-an pertengahan. Pada masa yang sama, teori quark daripada hadrons secara semula jadi termasuk di dalamnya.

Tetapi yang paling penting menghalang pembangunan teori tiada langsung sekurang-kurangnya sebahagian daripada ujian eksperimen yang akan mengesahkan kedua-dua kewujudan dan interaksi antara kuark dan zarah lain. Dan mereka secara beransur-ansur mula muncul hanya pada akhir 60-an, apabila pembangunan pesat teknologi dibenarkan pengalaman yang "penghantaran" rasuk elektron proton. Ia adalah pengalaman ini telah dibenarkan untuk membuktikan bahawa proton dalam benar-benar "menyembunyikan" beberapa zarah, yang pada asalnya dipanggil partons. Selepas itu, masih yakin bahawa ia adalah apa-apa seperti quark benar, tetapi ia hanya pada akhir tahun 1972.

pengesahan eksperimen

Sudah tentu, bagi kepercayaan masyarakat saintifik akhir ia mengambil data yang lebih eksperimen. Pada tahun 1964, James Björkén dan Sheldon Glashow (masa depan pemenang Hadiah Nobel, dengan cara itu) telah mencadangkan, walaupun mungkin ada spesies quark keempat, yang mereka menamakan terpesona (terpesona).

Kita berterima kasih kepada hipotesis ini, ahli-ahli sains pada tahun 1970 dapat menjelaskan banyak menimbulkan kejanggalan yang telah diperhatikan dalam pereputan kaons neutral dikenakan. Selepas empat tahun, hanya dua kumpulan bebas ahli fizik Amerika dapat membetulkan kerosakan meson, yang termasuk salah satu "terpesona" quark dan antiquark itu. Ia tidak hairanlah bahawa peristiwa ini pernah digelar November Revolution. Buat kali pertama teori kuark telah lebih atau kurang "visual" pengesahan.

Kepentingan pembukaan berkata sekurang-kurangnya hakikat bahawa pengurus projek, Samuel Ting dan Burton Richter, dua tahun kemudian menerima Hadiah Nobel beliau: Peristiwa dilihat dalam banyak artikel. Dengan beberapa daripada mereka yang anda boleh mencari dalam asal, jika anda melawat New York muzium semula jadi sejarah. Kuark, dan seperti yang telah kita berkata - penemuan yang sangat penting dalam zaman moden, dan oleh itu perhatian dalam komuniti saintifik yang dibayar kepada mereka sangat banyak.

nisbah ultima

Hanya pada tahun 1976, penyelidik telah mendapati satu zarah dengan daya tarikan bukan sifar, neutral D-meson itu. Ini adalah gabungan yang agak kompleks quark yang terpesona dan u-antiquark. Di sini walaupun musuh-musuh begar kewujudan kuark terpaksa mengakui kebenaran teori, pertama digambarkan dengan lebih daripada dua dekad yang lalu. Salah satu daripada ahli fizik teori yang paling terkenal, Dzhon Ellis, yang dipanggil daya tarikan daripada "tuil yang mengubah dunia."

Tidak lama kemudian, senarai penemuan baru datang dan beberapa kuark sangat besar, atas dan bawah, yang mudah dapat berkaitan dengan sudah diterima pakai pada masa pesanan daripada (3) SU. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, saintis mengatakan bahawa terdapat apa yang dipanggil Tetraquarks bahawa beberapa saintis telah digelar "molekul Hadron."

Banyak penemuan dan kesimpulan

Perlu difahami bahawa pembukaan dan justifikasi saintifik untuk kewujudan kuark, sebenarnya, anda boleh dengan selamat menganggap bahawa revolusi saintifik. Ia boleh dianggap sebagai permulaan 1947 (sebenarnya 1943), dan akhir yang jatuh ke atas pengesanan pertama "terpesona" meson. Ia ternyata bahawa tempoh tarikh akhir pembukaan tahap itu, tidak lebih dan tidak kurang, sebanyak 29 tahun (atau 32 tahun)! Dan selama ini telah dibelanjakan bukan sahaja untuk demi mencari quark yang! Gluon plasma sebagai objek utama dalam alam semesta tidak lama lagi menarik perhatian yang lebih kepada ahli sains.

Walau bagaimanapun, yang lebih kompleks ia menjadi satu bidang kajian, semakin lama ia mengambil masa untuk menjalankan penemuan yang benar-benar penting. Dan seperti yang kita sedang berbincang zarah, kepentingan penemuan ini tidak boleh memandang rendah sesiapa. Mengkaji struktur kuark, orang itu akan dapat menembusi jauh ke dalam misteri alam semesta. Ada kemungkinan bahawa hanya selepas menamatkan pengajian mereka kita boleh belajar bagaimana bang besar dan alam semesta berubah mengikut apa yang undang-undang. Dalam mana-mana kes, ia adalah mungkin untuk membuka mereka untuk meyakinkan ramai ahli fizik yang realiti di sekeliling kita adalah lebih sukar lepas persembahan.

Supaya anda tahu apa yang quark. zarah ini pada masa yang menyebabkan sensasi dalam dunia saintifik, dan penyelidik hari ini berharap akhirnya mendedahkan semua rahsia-rahsianya.