Selitämme mitä kvarkit ovat, miten ne löydettiin ja mikä on kvarkkimalli. Myös muita subatomisia hiukkasia.
Kvarkit ovat neutroneja ja protoneja pienempiä hiukkasia.Mitä kvarkit ovat?
Kvarkit tai kvarkit ovat eräänlainen tyyppi subatominen hiukkanen elementaali, joka kuuluu luokkaan fermionit, ja joiden vahvat vuorovaikutukset muodostavat asia atomiytimistä. Sen nimi tulee romaanista Finneganin herätys Irlantilainen kirjailija James Joyce.
Kvarkit ovat joiden hiukkasia protonit Y neutroneja niitä valmistetaan, samoin kuin muun tyyppisiä pieniä hiukkasia, joita kutsutaan hadroneiksi.
Nämä termit voivat olla hämmentäviä, mutta sinun ei tarvitse ymmärtää niitä niin teknisellä tasolla tietääksesi mikä kvarkki on: kvarkin pienimmät hiukkaset. asia, jotka ovat vapaasti vuorovaikutuksessa neljän fyysisen alkuvoiman kanssa: Painovoima, sähkömagneettinen voima, vahva ydinvoima ja heikko ydinvoima.
Leptonien ohella kvarkit ovat aineen rakennuspalikoita. Aivan kuten on ainetta ja antimateriaa, on myös kvarkkeja ja antikvarkeja.
Lisäksi rahkaa on kuusi tyyppiä tai "makua". Siten kaikki aineen mesonit ja baryonit, eli yli 200 erilaista subatomista hiukkasta, voidaan rakentaa yhdistämällä kolme erilaista kvarkkia (tai antikvarkkia) (baryoneja) tai kvarkki-antikvarkkia (mesonit), joita yhdistävät voimakkaat vuorovaikutukset. .
Kvarkkien löytö
Monien vuosikymmenien ajan oletettiin, että protonit, neutronit ja elektroneja ne olivat aineen perushiukkasia, toisin sanoen mitään niitä pienempää ei voinut olla olemassa.
Kuitenkin ns. nukleonien (neutronit ja protonit, ytimen asukkaat) tutkimus. atomi) osoitti, että niiden koko oli paljon suurempi kuin elektronien koko ja että voidaan olettaa, että ne puolestaan koostuisivat jostain pienemmästä ja yksinkertaisemmasta. Kvarkit tulivat vastaamaan tähän kysymykseen.
Samanaikaisesti niitä ehdottivat vuonna 1964 Murray Gell-Mann ja George Zweig, vaikkakin täysin itsenäisesti. Nämä tutkijat havaitsivat kvarkkien tarpeen atomiytimen hiukkasten välisen voimakkaan vuorovaikutuksen luonteen vuoksi.
Lisäksi monet sen ominaisuudet olivat selittämättömiä, ellei niitä ollut rakenteet protonien ja neutronien sisällä. Siten kolmen pienemmän hiukkasen olemassaolo, nsquorks (myöhemminkvarkit, vaikka Zweig ehdotti alun perin nimeäässät tai "ässät"), jolla olisi asähkövaraus 1/3 ja 2/3 kuormitus.
Tätä hypoteesia testattiin kokeellisesti SLAC:ssa (Stanford Linear Accelerator Center tai "Stanford Center for Linear Accelerator" myöhempinä vuosina. Mutta koe osoitti, että ei ollut kolme vaan kuusi hiukkasta, jotka saattoivat muodostaa protoneja ja neutroneja. Tästä löydöstä Taylor, Kendall ja Friedman voittivat vuoden 1990 fysiikan Nobel-palkinnon.
Quark malli
Jokaisella kvarkkityypillä on erityisiä ominaisuuksia.Nykyään käsittelemämme aineen vakiomallissa kvarkit ovat yksinkertaisin paikka aineessa.
Yhdistelemiemme kvarkkien tyypistä riippuen voimme saada erityyppisiä hiukkasia hadronin luokittelusäännön (ns. "kvarkkimalli") mukaan, joka määrittää kuusi erilaista kvarkkityyppiä (tai makuja, "Maut"), jokaisella on "kvanttiluku", joka määrittää sen sähkövarauksen:
- Yllä (ylös). Kvanttilukuna on isospin +1/2.
- Alla (alas). Kvanttilukuna on isospin -1/2.
- Viehätys (viehätys). Kvanttilukuna on viehätys +1.
- Outo (outo). Kvanttilukuna on omituisuus -1.
- Lopettaa (alkuun) tai totuus (totuus). jolla on ylivoima (yläosa) +1.
- Pohja (pohja) tai kauneus (kauneus). jolla on alemmuus (pohja) -1.
Kaikki tämä voi näyttää hyvin oudolta ja näyttää videopeliltä, mutta se on järkevää kvarkkimallissa, jos ajatellaan, että nämä pienet hiukkaset yhdistyvät kolmoiksi tai kolmoiksi muodostaen erilaisia suurempia subatomisia hiukkasia.
Kun niiden varausten summa antaa kokonaislukuja, ne muodostavat hadroneja.
Tähän on kuitenkin lisättävä, että kvarkeilla voi olla kolme muuta varaustyyppiä, joka on "väri-”. Kyse ei kuitenkaan ole varsinaisesti väristä, vaan se on nimi, jonka tiedemiehet antoivat tälle ominaisuudelle, joka on eräänlainen affiniteetti, joka on vastuussa voimakkaasta ydinvoimasta (vielä toisen hiukkasen, "gluonien" kautta).
Nämä värit voivat olla sinisiä, vihreitä tai punaisia, ja se erottaa esimerkiksi neutronit ja protonit elektroneista (leptonityyppiset hiukkaset), koska viimeksi mainitut eivät ole kvarkeja eivätkä ne tunne voimakasta ydinvuorovaikutusta vaan heikkoja. .
Tämän mallin mukaan aineen perushiukkaset ovat kvarkit ja leptonit.
Muut subatomiset hiukkaset
Muita subatomisia hiukkasia ovat:
- Fermions. Yhdessä bosonien kanssa ne ovat aineen perushiukkasia, joille on ominaista puolikokonaislukuinen spin tai kulmamomentti (1/2, 3/2 jne.). Fermioneja on vain kahta tyyppiä: kvarkit ja leptonit.
- Leptonit Ne ovat eräänlainen fermion, jolla on ½ spin (joko + tai -) ja jotka eivät koe, toisin kuin kvarkit, aineen voimakasta ydinvuorovaikutusta. Leptoneja on kuutta tyyppiä: elektronit, myonit, taut, elektronineutriinot, myonineutriinot ja tau-neutriinot. Kolmella ensimmäisellä on +1 tai -1 sähkövaraus ja muilla on 0 varausta.
- Bosonit. Yhdessä fermionien kanssa ne ovat aineen perushiukkasia, joille on ominaista kokonaislukuspin (0, 1, 2 jne.) eivätkä ne noudata Paulin poissulkemisperiaatetta. Esimerkkejä bosoneista ovat fotonit, gluonit tai gravitonit, eli hiukkaset, joihin liittyy tunnettuja voimia.
- Mesonit. Ne ovat bosoneja, eli hadroneja, joiden kokonaisluku on spin 0 tai 1 ja jotka reagoivat voimakkaaseen ydinvuorovaikutukseen, joten ne on tehty kvarkeista kvarkki-antikvarkkitilan mukaan.
- Baryonit Ne koostuvat kolmesta kvarkista ja niistä edustavimpia esimerkkejä ovat neutroni ja protoni, vaikka on myös muita tyyppejä, erittäin epävakaita.