Кварк - тоа е честичка? Дознајте што се состои од кварките. Која честичка е помала од кварк?

Само пред една година, Питер Хигс и Fransua Енглер ја доби Нобеловата награда за својата работа, кој е посветен на проучување на субатомски честички. Ова може да изгледа смешно, но неговите откритија научници направиле пред половина век, но до ден денес тие не се откажат иако малку е голема работа.

Во 1964 година, две повеќе талентирани физичар, исто така, врши со неговата пионерска теорија. Во прво време, таа, исто така, привлече речиси никакво внимание. Тоа е чудно, затоа што тоа е опишано во структурата на хадрони, кои се неопходни за секој еден силен interatomic интеракција. Ова беше теорија на кваркови.

Што е тоа?

Патем, она што е кварк? Ова е една од најважните состојки на Hadron. Важно! Оваа честичка има "половина" спин, всушност, да се биде fermion. Во зависност од бојата (види подолу) кварк обвинението може да биде еднаква на третиот или две третини од цената на еден протон. Што се однесува до боите, на кои има шест (генерација на кваркови). Тие се неопходни со цел да не се наруши принципот на Паули.

основни информации

Како дел од овие честички хадрони се на растојание не надминува вредноста на породувањето. Причината е едноставна: тие разменуваат поле вектори мерач, односно глуоните. Зошто е толку важно кварк? Gluon плазма (заситени кваркови) - состојба на материјата во која сите универзумот веднаш по Големата експлозија. Според тоа, постоењето на кварковите и глуоните - директна потврда дека тој е навистина.

Тие исто така имаат свои бои, туку затоа што на движењето создадат виртуелен копии. Според тоа, кога растојанието помеѓу кварк сила помеѓу нив е значително зголемен. Како што може да се замисли, со минимално растојание од интеракција практично исчезнува (асимптотска слобода).

Така, секоја силна интеракција во хадрони поради транзицијата на глуоните меѓу кваркови. Ако зборуваме за интеракции помеѓу хадрони, тие се објасни трансферот на пи-месон резонанца. Едноставно кажано, сите индиректно повторно се сведе на размена на глуоните.

Како кварк дел од нуклеони?

Секој неутрони се состои од еден пар на d-кварк и tazhe еден u-кварк. Секој протон спротивно, - на единствена d-кварков пар u-кварк. Патем кажано, буквите се поставени во зависност од бројот на обем.

Дозволете ни да се објасни. На пример, бета распаѓање е објаснето сосема трансформација на еден од ист тип на кварк во една Нуклеон состав на друг. Да биде подобро разбрана како формула овој процес може да се запише како оваа: d = u + w (ова неутрони распаѓање). Соодветно на тоа, на протонска е напишан малку поинаква со формулата: u = D + w.

Патем, тоа е вториот процес се објаснува со постојан прилив на неутрина и позитрони од главните ѕвездени јата. Значи обемот на универзумот малку помалку важни честички, кој е плазма кварк-gluon, како што веќе рековме, ја потврдува Биг Бенг, и изучувањето на овие честички им овозможи на научниците подобро да се разбере суштината на светот во кој живееме.

Со помалку од кварк?

Патем, што се состои од кваркови? Тие се дел и парцела preons. Овие честички се многу мали и лошо разбрани, така што дури и денес тие се познати не толку многу. Тука е помал кваркови.

Од каде тие доаѓаат од?

Денес, најчестата форма preons две хипотези: стринг теорија и теоријата на Билсон-Томпсон. Во првиот случај, појава на податоци честички објасни низа осцилација. Втората хипотеза сугерира дека нивната појава е предизвикана од возбудена состојба на просторот и времето.

Интересно е тоа што во вториот случај, тоа е можно да се опише овој феномен, со користење на матрица на паралелни транспорт долж линии на мрежата на вртење. Својствата на оваа самиот матрица и да се утврдат оние за preons. Тоа е она што се состои од кваркови.

Да резимираме, можеме да кажеме дека кварковите - еден вид на "кванти" во составот на хадрони. Импресиониран? И сега ние ќе зборуваме за тоа како да се направи беше отворен на кварк. Ова е многу возбудлива приказна која, меѓу другото, целосно открива некои детали е опишано погоре.

чудни честички

Веднаш по завршувањето на Втората светска војна, научници почнаа активно да истражуваат светот на субатомски честички, кој се чинеше досега само примитивни (за преглед). се формираат протони, неутрони (нуклеони) атом и електрони. Во 1947 година тој ја отвори божури (и предвиде неговото постоење во 1935 година), кои биле одговорни за меѓусебна привлечност на нуклеони во јадрото на атомот. Овој настан не е научна изложба беше посветена во неговото време. Кварковите се уште не се отворени, но за време на нападот на нивните "стапало" е доближуваат.

Неутрина во тоа време се уште не се откриени. Но, нивните очигледни значење да се објасни на бета распаѓање на атомите беше толку голема што научниците имаат мал сомнеж за нивното постоење. Покрај тоа, веќе се открие или да се предвидат некои античестички. Ситуацијата остана нејасно само со muons кои се формирани за време на распаѓањето на pions, а потоа да премине во неутрина, електрон или томографија. Физичарите не разбирам, зошто ми е потребно ова средно станица.

За жал, како на едноставен и скромен модел преживеа многу кратко отворањето на pions. Во 1947 година, две англиски физичар Dzhordzh Рочестер и Клифорд Батлер, објави љубопитни статија во научно списание Nature. Таа служи како материјал за својата студија на космичките зраци преку комора на облак, при што доби prelyubopytny информации. На една од фотографии направени во текот на набљудувањето, тоа беше јасно видлива неколку песни со заедничко потекло. Бидејќи разликата беше како Латинска V, а потоа стана јасно - цената на овие честички е дефинитивно различен.

Научниците се уште се претпостави дека овие песни укажуваат на фактот дека падот на некоја непозната честички кои не се остави зад другите песни. Пресметките покажуваат дека неговата маса - околу 500 MeV, што е многу поголема од оваа вредност за електрон. Се разбира, истражувачите ја нарекуваат нивното отворање V-честички. Сепак, ова не беше кварк. Оваа честичка била уште чека во крилја.

Само почеток

Со ова откритие, сето тоа започна. Во 1949 година, под истите услови е пронајден песна на честички, кој даде повод за само три pions. Наскоро стана јасно дека таа, како и V-битна - сосема различни членови на семејството, се состои од четири честички. Подоцна тие биле повикани K-мезони (kaons).

Пар обвинет kaons имаат маса 494 MeV, а во случај на неутрален задолжен - 498 MeV. Патем, во 1947 година, научниците имал среќа да го фати исто многу редок случај на позитивен Kaon се распаѓа, но во тоа време тие едноставно не беа во можност да го протолкува правилно сликата. Меѓутоа, за да биде совршено фер, тоа е, всушност, првиот набљудување на Kaon беше направен во 1943 година, но информации за тоа беше речиси загуби против позадината на бројни повоената научни публикации.

нови необичностите

И тогаш научниците чекаше за понатамошно откритија. Во 1950 и 1951 година, истражувачите од универзитетите во Манчестер и Melnburskogo успеа да се најде на честички е многу потешки од протони и неутрони. Таа повторно го бесплатно, но се распаѓа во еден протон и pion. Подоцна, како што може да се каже, имаше негативен набој. А нова честичка означена со писмо Λ на (ламбда).

Колку повеќе време помина, толку повеќе прашања произлегуваат од научниците. Проблемот беше дека новиот честички се произведени исклучиво од силната нуклеарна интеракции, брзо се урива за да се формира протоните и неутроните. Покрај тоа, тие секогаш се појавуваат во парови, еден манифестации никогаш не го правеше. Тоа е причината зошто една група физичари од САД и Јапонија за да се користат во нивниот опис на нов квантен број - чудак. Според нивната дефиниција, непознатост на сите други познати честички нула.

понатамошни истражувања

Пробив во истражувања се случи само по појавата на нова систематизација на хадрони. Истакната личност во ова беше израелската Јувал Ne'eman, кој го промени својот исклучително воена кариера да биде брилијантен научник.

Тој посочи дека на отворено од страна на време мезони и бариони распаѓање, формирање на кластер на поврзани честички multiplets. Членовите на секоја таква асоцијација непознатост поседуваат сосема идентични, но спротивното електрични полнежи. Па како не силната нуклеарна интеракција на електричните полнежи не зависи, во сите останати multiplets честички изгледа совршено близнаци.

Научниците сугерираат дека појавата на такви формации исполнува одредени природни симетрија, а наскоро и тие беа во можност да ја најдам. Тоа беше еден обичен генерализација на спин група SU (2), кој научници од целиот свет се користи за опишување на квантните броеви. Тоа е само во тоа време веќе беше познато 23 хадрони и грб биле еднакви на 0, Ѕ или целата единица, па го користите оваа класификација не беше можно.

Како резултат на тоа, мораше да се користи за класификација уште две квантните броеви, со што во голема мера се прошири на класификација. И таму беше група на SU (3), кој на почетокот на овој век од францускиот математичар Картан Ели. За да се одреди таксономски позиција на секоја честичка во него, програмата за истражување е развиена од страна на научниците. Кварк потоа лесно да влезе во систематска серија, со што се потврди исправноста на апсолутна експерти.

Нов квантен број

Па научниците дошле до идејата за користење на апстрактен квантните броеви, кои стануваат hypercharge и изотопски спин. Сепак, со истиот успех тоа е можно да се земе необичноста и електричен полнеж. Оваа шема е конвенционално наречен осум пати Пат. Ова се заробени аналогија со Будизмот, каде што за да се постигне нирвана, исто така, треба да го положат нивоа осум. Сепак, сите овие стихови.

Neeman неговата работа и неговиот колега, Гел-Ман, објавена во 1961 година, а бројот на тогашниот познат мезони не надминува седум. Но, во својот труд, истражувачите не се плашат да се спомене и голема веројатност за постоење на осмиот месон. Исто така во 1961 година, својата теорија брилијантно се потврди. Пронашле честичката наречена ЕТА месон (грчката буква η).

Понатаму откритија и експерименти брилијантно потврди точноста на апсолутната класификација на SU (3). Ова стана моќен поттик за научниците кои откриле дека тие се на вистинскиот пат. Дури и Гел-Ман не се сомнева во фактот дека во природата постојат кваркови. Осврти на неговите теории не беа многу позитивни, но научникот бил убеден дека тој беше во право.

Тука и кварковите!

Набргу по написот "Шематски модел на мезони и бариони." Во него, научниците беа во можност за понатамошно развивање на идејата за систематизација, која се покажа така корисни. Тие откриле дека SU (3) е целосно претпоставува постоење на целиот тројки таканаречени фермиони, електричен полнеж се движи од 2/3 до 1/3 и 1/3, каде што во тројка еден дел е секогаш различно нула непознатост. Веќе добро познат за нас Гел-Ман ги нарече "елементарни честички кваркови."

Според обвинението, тој ги етикетирани како u, d и S (од англиски зборови нагоре, надолу и чудни). Во согласност со новата шема, секој формиран од три барион кварк. Мезони се наредени многу полесно. Тие содржат една кварк (ова правило е непроменлива) и антикварк. Само по што научната заедница станаа свесни за постоењето на овие честички, кои се предмет на нашата статија.

А малку повеќе историја

Овој член, кои во голема мера определена развојот на физиката во наредните години, има прилично интересна историја. Гел-Ман смета за постоењето на ваквите тројки долго пред неговото објавување, но никој нема да разговараат за нивните претпоставки. Фактот дека неговата претпоставка за постоење на честички кои имаат делумен надомест, изгледаше како глупост. Сепак, по разговорот со извонредна теоретски физичар Роберт Serber дознал дека неговиот колега го направи токму истите заклучоци.

Покрај тоа, научник, единствениот правилен заклучок дека е можно само за постоењето на такви честички, ако тие не се слободни таканаречени фермиони, а се дел од хадрони. Всушност, во овој случај, нивните трошоци се интегрирани! Прво на Гел-Ман ги повика kvorkami па дури и ги споменува во МТИ, но реакцијата на учениците и наставниците беше многу ниско-клуч. Тоа е причината зошто научник за долго време во размислување за тоа дали тој треба да се направи истражување пред јавноста.

Зборот "кварк" (ова звучи како крик на патки) беше донесена од делата на Џејмс Џојс. Чудно е доволно, но американскиот научник испрати својот напис во престижните европски научно списание физика писма, бидејќи сериозно стравува дека ваквата ревизија на ниво на американското издание на Physical Review Letters нема да го прифатам за објавување. Патем, ако сакате да се погледне за најмалку една копија на статијата - ќе го насочи патот на истиот Берлин музеј. Кварковите во неговото излагање не е на располагање, но целосната приказна за нивното откритие (или подобро, документарни докази) е.

Почнувајќи кварк револуција

Во правичност треба да се забележи дека речиси во исто време на иста мисла дојде научник од CERN, Dzhordzh Tsveyg. Прво, неговиот ментор и самиот бил Гел-Ман, а потоа Ричард Фејнман. Цвајг исто така, дефинирани реалноста на таканаречени фермиони, кој имаше делумен надомест, но ги повика асови. Покрај тоа, талентиран физичар, исто така, смета бариони како три кваркови и мезони - како комбинација на кварк и антикварк.

Едноставно кажано, ученик на неговите заклучоци учител целосно повтори, настрана од тоа. Неговото дело се појави дури и неколку недели пред објавувањето на Ман, но само како "домашна" институција. Сепак, тоа е присуството на две независни дела во кои резултатите се речиси идентични, еднаш убеден некои научници верност кон предложените теорија.

Од одбивање да му верувате на

Но, многу истражувачи да се преземат оваа теорија не е веднаш. Да, новинари и теоретичари брзо падна во љубов со неа за јасност и едноставност, но сериозна физичари го прифатиле само по онолку долго колку што 12 години. Вие не треба да ги обвинуваат за прекумерна конзерватизам. Фактот дека оригиналната теорија на кварковите во остар контраст со принципот на исклучување Паули, што ги споменавме на почетокот на овој член. Ако претпоставиме дека протонот содржи еден пар на у-кваркови и само г-кварк, првиот треба да биде строго во истиот квантна состојба. Според Паули, тоа е невозможно.

Тоа беше тогаш и таму беше дополнителен квантен број, изразена како боја (како што рековме погоре). Исто така, не е јасно како воопшто кварк елементарни честички комуницираат едни со други, зошто не ги исполнуваат слободното видови. Сите овие мистерии во голема мера помогна да се одврзе теорија на полето мерач, кој "донесе на ум" само во средината на 70-тите години. Во исто време, теоријата кварк на хадрони природно се наоѓаат во него.

Но, повеќето од сите пречки во развојот на теоријата на целосно отсуство на барем некои од експерименталните тестови кои ќе се потврди и на постоењето и интеракцијата помеѓу кварковите и други честички. И тие постепено почнаа да се појавуваат само на крајот на 60-тите години, кога на брзиот развој на технологијата е дозволено за искуство на "пренос" електрони греди на протони. Тоа е овие искуства се е дозволено да се докаже дека во протони навистина се "кријат" некои честички, кој првично беше наречен partons. Потоа, се уште убедени дека тоа не е ништо како вистински кварк, но тоа беше само во крајот на 1972 година.

експериментална потврда

Се разбира, за конечниот верувања научната заедница го презеде многу повеќе експериментални податоци. Во 1964 година, Џејмс Bjorken и Sheldon Glashow (идни добитник на Нобеловата награда, патем) сугерираат, иако може да има четврта видови кварк, кој го нарекле шармираше (шармираше).

Тоа е благодарение на оваа хипотеза, научниците во 1970 година беа во можност да објасни многу необичностите кои биле забележани во распаѓање на неутрален kaons наплаќа. По четири години, само две независни група американски физичари беа во можност да го поправат Meson распаѓање, во која беа вклучени само еден "Волшебнички" кварк и антикварк. Тоа не е чудно што овој настан уште наречена ноември револуција. За прв пат теорија кварк беше повеќе или помалку "визуелно" потврда.

Важноста на отворањето изјави дека најмалку фактот дека менаџерот на проектот, Семјуел Тинг и Бартон Рихтер, две години подоцна ја прими Нобеловата награда: Еден настан се одразува на многу статии. Со некои од нив може да се најдат во оригиналот, ако ја посетите Њујорк музеј на природна историја. Кваркови, и како што веќе реков - што е многу важно откритие на модерните времиња, а со тоа и внимание во научната заедница плати за нив многу.

сооднос Ултима

Само во 1976 година, истражувачите не се најде еден честичка со не-нулта шарм, лер D-месон. Ова е прилично комплексна комбинација на шармираше кварк и u-антикварк. Еве дури и упорит непријатели на постоењето на кварковите биле принудени да признаат вистината на теоријата, прв го опиша пред повеќе од две децении. Еден од најпознатите теоретски физичари, Dzhon Елис, повика на шармот на "лост кој го промени светот."

Наскоро, на листата на нови откритија дојдоа и неколку многу масивни кваркови, врвот и на дното, кои се во можност лесно да се поврзе со веќе донесени во времето на нарачување на SU (3). Во последниве години, научниците велат дека постојат т.н. Tetraquarks дека некои научници го нарекуваат "хадронски молекули."

Некои од наодите и заклучоците

Треба да се сфати дека отворањето и научно оправдување за постоењето на кваркови, всушност, вие можете безбедно да се претпостави дека на научната револуција. Тоа може да се смета за почетокот на 1947 година (всушност 1943), и на крајот тоа паѓа на првиот откривање на "Волшебнички" мезони. Излегува дека времетраењето на последниот датум на отворање на такво ниво е, ниту повеќе ниту помалку, околу 29 години (или дури и 32 години)! И сето тоа време се потрошени не само за доброто на наоѓање на кварк! Gluon плазма како примарна цел во вселената наскоро го привлече многу повеќе внимание на научниците.

Сепак, посложени станува поле на студии, повеќе е потребно за извршување на навистина значајни откритија. И како што се разговара за честички, важноста на ова откритие не може да потцени никого. Проучување на структурата на кваркови, лицето ќе биде во можност да навлезат подлабоко во тајните на универзумот. Можно е дека само по завршување на нивните студии можеме да научиме како Биг Бенг и универзумот се развива во согласност со она закони. Во секој случај, тоа е можно да се отвараат за да ги убеди многу физичари дека реалноста околу нас е многу потешко последните настапи.

Па да знаете што кварк. Оваа честичка во тоа време предизвика сензација во научниот свет, а денес истражувачите се надеваат дека конечно ги открие сите негови тајни.