Кварк - да честице? Сазнајте шта се састоји од кваркова. Шта честица мања од кварка?

Пре само годину дана, Петер Хиггс и Францоис Енглер добили су Нобелову награду за свој рад, који је био посвећен проучавању субатомских честица. Ово може изгледати смешно, али су научници открили своја открића пре пола века, али до данас нису имали велику важност.

1964. године, још два талентована физичара су се појавила и са својом пионирском теоријом. У почетку она такође није привукла скоро никакву пажњу. Ово је чудно, пошто је описала структуру хадрона, без којих ни једна интератомска интеракција није могућа. Ово је била теорија кваркова.

Шта је то?

Иначе, шта је кварк? Ово је један од најважнијих састојака хадрона. Важно! Ова честица има "полу" спин, заправо фермион. Зависно од боје (о овоме испод), пуњење кваркова може бити једнак трећини или двије трећине пуњења протона. Што се тиче боја, има шест (генерација кварка). Они су потребни да се Паулови принцип не крши.

Основне информације

У структури хадрона, ове честице су на растојању која не прелази вредност затварања. Ово се једноставно објашњава: они размјењују векторе поља мерења, односно глуонс. Зашто је кварк тако важан? Плазма глуон (засићена кварком) је стање материје у коме је читав свемир лоциран одмах након великог ударца. Сходно томе, постојање кваркова и глуона је директна потврда чињенице да је заиста био.

Такође имају своју боју и стога стварају виртуалне копије током кретања. Сходно томе, како се растојање кваркова повећава, сила интеракције између њих значајно повећава. Као што можете погодити, са минималним растојањем, интеракција практично нестаје (асимптотска слобода).

Стога се свака јака интеракција у хадронима објашњава транзицијом глуона између кваркова. Ако говоримо о интеракцијама између хадрона, они се објашњавају преношењем пионске резонанце. Једноставно речено, индиректно, све се поново смањује на размјену глуона.

Колико је кваркова део нуклеона?

Сваки неутрон састоји се од пар д-кваркова, као и једног у-кварка. Сваки протон, с друге стране, састоји се од једне д кварк и пар у-кваркова. Иначе, слова се стављају у зависности од квантних бројева.

Хајде да објаснимо. На пример, бета распад се може објаснити само трансформацијом једног од истих кваркова у нуклеону у други. Да бисмо боље разумели, у облику формуле овај процес може се написати овако: д = у + в (ово је неутронско распадање). Сходно томе, протона је написана незнатно другачијом формулом: у = д + в.

Успут, последњи процес објашњава константан флукс неутрина и позитрона из великих звезданих кластера. Дакле, на скали Свемира има неколико таквих важних честица као што је кварк: плазма глуон, како смо већ рекли, потврђује чињеницу велике експлозије, а истраживање ових честица омогућава научницима да упознају срж свијета у којем живимо.

Шта је мање од кварка?

Иначе, од чега се састоје кваркови? Њихов конституент је предоне. Ове честице су врло мале и лоше разумљиве, па чак и данас нису познате много. То је мање од кварка.

Одакле су дошли?

До данас најчешће су две хипотезе о формирању преона: теорија струна и теорија Билсон-Тхомпсона. У првом случају, појављивање ових честица објашњава се осцилацијом жица. Друга хипотеза сугерише да је њихов изглед узрокован узбуђеним стањем простора и временом.

Интересантно је да се у другом случају феномен може у потпуности описати употребом матрице паралелног транспорта дуж кривина спин мреже. Особине ове матрице и предодређујте оне за предстојеће. То се састоји од квара.

Сумирајући неке резултате, можемо рећи да су кваркови својствени "кванти" у саставу хадрона. Импресиониран? А сада ћемо причати о томе како је кварк уопште откривен. Ово је веома фасцинантна прича, која, између осталог, у потпуности открива неке од нијанси описаних изнад.

Чудне честице

Непосредно након завршетка Другог светског рата, научници су почели да активно истражују свет субатомских честица, који су до тада изгледали примитивно примитивном (према тим појмовима). Протони, неутрони (нуклеони) и електрони формирали су атом. Године 1947. откривене су пионице (и предвиђало њихово постојање још 1935. године), које су биле одговорне за узајамно привлачење нуклеона у језгру атома. Овај догађај у свом времену био је посвећен више од једне научне изложбе. Кваркови још нису били отворени, али се вријеме напада на њихов "траг" приближавао.

Неутрино до тада није откривено. Али њихова очигледна важност за објашњавање бета пропадања атома била је толико велика да научници нису имали двоуму о њиховом постојању. Поред тога, неки антипартици су већ откривени или предвиђени. Само је ситуација са муонима који су настали током распадања пионова остали нејасни и потом су прешли у стање неутрина, електрона или позитрона. Физичари нису разумели зашто је ова средња станица уопште потребна.

На жалост, али тако једноставан и непрецизан модел није преживио тренутак откривања пионира. Године 1947. два енглеска физичара, Георге Роцхестер и Цлиффорд Бутлер, објавили су један занимљив чланак у научном часопису Натуре. Материјал за њу је био проучавање космичких зрака помоћу облачне коморе, током којег су добили љубазне информације. На једној од фотографија снимљених током опсервације, јасно је видљиво да су пар стаза са заједничким почетком. Пошто је неслагање налик на Латин В, одмах је постало јасно - пуњење ових честица је дефинитивно другачије.

Научници су одмах претпоставили да ове траке указују на чињеницу распада неке непознате честице, која није оставила за собом друге трагове. Израчунавање показало је да његова маса износи око 500 МеВ, што је много веће од ове вредности за електрон. Наравно, истраживачи су називали откривањем В-честица. Међутим, то још није био кварк. Ова честица је и даље чекала свој сат.

Све је тек почело

Од овог открића све је почело. 1949. године, под истим условима откривен је траг честице, што је узроковало три пионера одједном. Убрзо се испоставило да су она, као и В-честица, потпуно различити представници породице која се састоји од четири честице. Касније су им се назвали К-мезони (каонс).

Пар напуњених каона има масу од 494 МеВ, ау случају неутралног набоја 498 МеВ. Иначе, 1947. године, научници су имали среће да ухвате врло реткост случаја колапса позитивног каона, али у то време једноставно нису могли правилно тумачити слику. Међутим, ако бисмо били правични до краја, заправо је прво запажање каона направљено још 1943. године, али је информација о томе готово изгубљена на позадини бројних послератних научних публикација.

Нев Веирднессес

И даље научници су чекали још открића. 1950. и 1951. године истраживачи са Универзитета у Манчестеру и Мелбурну могли су да пронађу честице много теже од протона и неутрона. Поново није било наплата, али се разбио у протон и божур. Ово друго, како се може схватити, има негативан терет. Нова честица је означена словом Λ (ламбда).

Што је више времена прошло, то је више питања која су научници имали. Проблем је био да се нове честице појављују искључиво у јаким атомским интеракцијама, брзо се распадају у познате протоне и неутроне. Поред тога, увек су се појављивали у паровима, никада није било никаквих манифестација. Због тога је група физичара из САД-а и Јапана предложила да користе нови квантни број у свом опису - необичност. Према њиховој дефиницији, непознатост свих осталих познатих честица је једнака нули.

Даље истраживање

Откривење истраживања догодило се тек након појаве нове систематизације хадона. Најистакнутија фигура у томе је био израелски Иувал Неаман, који је променио каријеру изванредног војника на једнако бриљантан пут научника.

Скренуо је пажњу на чињеницу да се мезони и бариони откривени до тада распадају, формирајући групу повезаних честица, множења. Чланови сваког таквог удружења имају управо исту непознатост, али супротне електричне трошкове. С обзиром да стварно јаке нуклеарне интеракције од електричних наелектрисања уопште не зависе, у свему осталом, честице са вишеслојног изгледа изгледају као савршени близанци.

Научници су сугерисали да је нека врста природне симетрије одговорна за појаву таквих формација, а они су убрзо успјели пронаћи. Испоставило се да је то једноставна генерализација спин групе СУ (2), коју су научници широм света описивали квантни бројеви. Тек тада је већ познато 23 хадрона, при чему су обртаји једнаки 0, ½ или цијелој јединици, те стога није било могуће користити такву класификацију.

Као резултат тога, морали смо да користимо два квантна броја за класификацију, што је значајно повећало класификацију. Дакле, постојала је група СУ (3), коју је почетком века створио француски математичар Ели Цартан. Да би се одредила системска позиција сваке честице у њој, научници су развили истраживачки програм. Куарк је касније лако ушао у систематску серију, што је потврдило апсолутну исправност стручњака.

Нови квантни бројеви

Тако су научници приступили идеји коришћења апстрактних квантних бројева, који су постали хиперпуњен и изотопски спин. Међутим, са истим успехом можете узети необичност и електрични набој. Ова шема је условно названа " Осмоструки пут". Ово је аналогија са будизмом, гдје, пре него што стигнете до нирване, такође морате проћи кроз осам нивоа. Међутим, све ово је текст.

Нееманн и његова колегиница Гелл-Манн објавили су своје радове 1961. године, а број познатих месона није био већи од седам. Али у свом раду истраживачи нису оклевали да спомињу велику вероватноћу постојања осмог месона. Истог 1961. године њихова теорија је бриљантно потврђена. Пронађена честица названа је овај месон (грчко слово η).

Даља открића и експерименти са бриљантношћу потврдили су апсолутну исправност СУ (3) класификације. Ова околност је постала снажан подстрек за истраживаче који су открили да су на правом путу. Чак и Гелл-Манн није сумњао да су кваркови постојали у природи. Прегледи његове теорије нису били веома позитивни, али научник је био уверен у његову исправност.

Ево кваркова!

Ускоро је објављен чланак "Шематски модел бариона и месона". У њему су научници могли даље развити идеју систематизације, која се показала тако корисном. Утврдили су да СУ (3) у потпуности признаје постојање цијелих триплета фермиона чији електрични набој варира од 2/3 до 1/3 и -1/3, а у триплету једна честица увијек се разликује у ђоности која није нула. Већ нам је познато, Гелл-Манн их је назвао "елементарне кваркове честице."

Према оптужници, он их је означио као у, д и с (из енглеских речи горе, доле и чудно). У складу са новом шемом, сваки барион је формиран са три квара одједном. Месони су много једноставнији. Оне укључују један кварк (ово правило је непоправљиво) и антикуарк. Тек тада је научна заједница постала свесна постојања ових честица, којима је посвећен наш чланак.

Мало више позадине

Овај чланак, који је у великој мери предодређио развој физике за наредне године, има прилично занимљиву позадину. Гелл-Ман је размишљао о постојању таквих тројица много пре објављивања, али ни са ким није разговарао о његовим претпоставкама. Чињеница је да су његове претпоставке о постојању честица које поседују фракционо пуњење изгледало као глупости. Међутим, након разговора са изузетним теоретским физичаром Робертом Сербером, сазнао је да је његов колега направио управо исте закључке.

Поред тога, научник је једини исправан закључак: постојање таквих честица је могуће само ако нису слободни фермиони, али су део хадрона. На крају крајева, у овом случају њихова оптужба представља једну целину! У почетку их је Гелл-Ман назвао, а чак су их споменули у МТИ, али је реакција ученика и наставника била веома ниска. Тако је научник дуго размишљао о томе да ли треба да истражује јавни суд.

Сама реч "кварк" (тај звук који подсећа на плаче патака) узет је из дела Џејмса Џојса. Чини се чудним што је амерички научник послао свој чланак у престижни европски научни часопис Пхисицс Леттерс, јер се озбиљно плашио да уредништво америчке издавачке куће Слични ниво, Пхисицал Ревиев Леттерс, не би прихватила за објављивање. Иначе, ако желите да погледате бар копију тог чланка - имате директан пут до истог музеја у Берлину. Кваркови у својој изложби нису доступни, али је пуна историја њиховог открића (тачније, документарни докази).

Почетак револуције кварка

Ради правде, вреди напоменути да је готово истовремено слична мисао постигла научник из ЦЕРН-а, Георге Звеиг. У почетку је његов ментор био сам Гелл-Манн, а потом Рицхард Феинман. Звеиг је такође утврдио стварност постојања фермиона, који су поседовали фракционе пуњења, само их је назвао акс. Штавише, талентовани физичар је такође сматрао барионе као тројку кваркова, а месони - као комбинација кварка и антикварка.

Једноставно речено, студент је потпуно поновио закључке свог учитеља, и потпуно је од њега. Његов рад се појавио чак пар седмица прије објављивања Манна, али само као "припрема за кућу" института. Међутим, присуство два независна папира, закључци на којима је скоро идентичан, одмах су убеђивали неке научнике о веродостојности предложене теорије.

Од одбијања до повјерења

Међутим, многи истраживачи су одмах прихватили ову теорију. Да, новинари и теоретичари брзо су се заљубили у њу због своје видљивости и једноставности, али су то озбиљни физичари прихватили тек после 12 година. Не кривите их због претераног конзервативизма. Поента је да је иницијално теорија кваркова била у оштрој супротности са Паулијевим принципом, који смо помињали на самом почетку текста. Ако претпоставимо да протон садржи пар у-кваркова и један д-кварк, онда је прво потребно стриктно у истом квантном стању. Према Паулију, ово је немогуће.

Тада се појавио додатни квантни број, изражен у облику боје (који смо такође поменули горе). Поред тога, било је потпуно неразумљиво како уопште елементарне кваркове честице међусобно комуницирају, због чега се њихове слободне врсте не појављују. Све ове мистерије помогле су да се разоткрије Теорија поља гама, која је "запамтила" тек средином седамдесетих година. Отприлике у исто време, куаркова теорија хадрона била је органски уклопљена у њега.

Али, најистакнутији развој теорије је потпуно одсуство барем неких експерименталних експеримената који би потврдили и постојање и интеракцију кваркова једни са другима и са другим честицама. И постепено су почели да се појављују тек од краја 60-тих година, када је брзи развој технологије омогућио извођење експеримента са просветиванииу протона електронског тока. Ови експерименти су омогућили да се доказе да неке честице, које су у почетку биле називане партоне, заиста "крију" унутар протона. После тога, међутим, били смо уверени да то није ништа друго до прави кварк, али се то није десило до краја 1972. године.

Експериментална потврда

Наравно, за коначних уверења научне заједнице било је потребно много више експерименталних података. Године 1964., Џејмс Бјоркен и Шелдон Гласхов (будући добитник Нобелове награде, успут) предложили, мада може бити и четврта куарк врста, које су назване Цхармед (Цхармед).

То је захваљујући овој хипотези, научници у 1970. били у стању да објасне многе необичности које су посматране у распадању неутралних каонс терети. Након четири године, само два независна група америчких физичара били у стању да поправи Месон пропадање, која је укључивала само један "Цхармед" кварк и његов антикварк. Није ни чудо да је овај догађај једном назван новембра револуцију. По први пут је теорија кварк је више или мање "визуелно" потврда.

Значај отварања рекао бар чињеница да је менаџер пројекта Самуел Тинг и Бартон Рихтер, две године касније добио је Нобелову награду: Догађај се огледа у многим чланцима. Са некима од њих можете наћи у оригиналу, ако посјетите њујоршком Музеју природне историје. Кваркови, и као што смо већ рекли - веома важно откриће савременог доба, а самим тим пажња у научној заједници плаћа за њих много.

Ултима ratio

Само у 1976., истраживачи нашао једна честица са не-нула шармом, неутралну Д-Месон. Ово је прилично сложена комбинација очарава кварка и у-антикварк. Овде чак и окорели непријатељи постојања кваркова су били приморани да признају истину теорије, први пут описана пре више од две деценије. Један од најпознатијих теоријских физичара, Џон Елис, који се зове шарм "полуге која је променила свет."

Ускоро списак нових открића дошао и неколико веома масивних кваркова, врху и на дну, које су лако могли да се односе са већ усвојен у време наручивања СУ (3). У последњих неколико година, научници кажу да постоје тзв Тетракуаркс да су неки научници назвали "Хадрон молекуле."

Неки од налаза и закључака

Треба схватити да је отварање и научно оправдање за постојање кваркова, у ствари, можете са сигурношћу претпоставити да је научне револуције. Може се сматрати почетком 1947. године (у ствари, 1943), а крај њега пада на првом откривању "Цхармед" мезона. Испоставило се да је трајање последњег дана отварања таквог нивоа је, ни мање ни више, чак 29 година (или чак 32 година)! А све ово време утрошено је не само ради проналажења кварк! Глуон плазма као примарни објекат у свемиру ускоро привукла далеко више пажње научника.

Међутим, све је сложеније поље студија, дуже је потребно да се спроведе заиста важне открића. И као што смо већ код честице, значај овог открића не може потценити никога. Проучавање структуре кваркова, особа ће моћи да продре дубље у тајне универзума. Могуће је да је тек након заврши студија можемо научити како велики прасак и свемир развија у складу са којим законима. У сваком случају, то је могуће отворити им да убеди многе физичари да је реалност око нас је много теже прошлост представе.

Тако да знате шта је кварк. Ова честица у тренутку изазвао је сензацију у научном свету, а данас истраживачи се надају коначно открити све њене тајне.