Kvarks

Kvarks , jebkurš elementāru subatomisko daļiņu grupas loceklis, kas mijiedarbojas ar spēcīgā spēka palīdzību un tiek uzskatīts, ka ir viens no pamata sastāvdaļas gada jautājums . Kvarki ar spēcīgu spēku veido saikni starp protoniem un neitroni , līdzīgi kā pēdējās daļiņas apvienojas dažādās proporcijās, veidojot atomu kodolus. Ir seši kvarku veidi vai garšas, kas savā starpā atšķiras pēc masas un lādiņa īpašībām. Šīs sešas kvarkas garšas var sagrupēt trīs pāros: uz augšu un uz leju, šarmu un dīvainību, kā arī augšējo un apakšējo. Kvarķi, šķiet, ir patiesas elementārdaļiņas; tas ir, viņiem nav redzamas struktūras un tos nevar izšķirt par kaut ko mazāku. Turklāt šķiet, ka kvarki vienmēr notiek kombinācijā ar citiem kvarkiem vai ar antikvarķiem, to antdaļiņām, veidojot visus hadronus - tā sauktās spēcīgi mijiedarbīgās daļiņas, kas aptvert gan barioni, gan mesons .

Kvarki *
kvarka tips bariona numurs maksas dīvainība ** šarms ** apakšā ** tops** masa (MeV)
* Ņemiet vērā, ka antikvariāti pastāv visiem kvarka aromātiem un tiem ir pretējas vērtības visiem šeit uzskaitītajiem kvantu skaitļiem.
** Tie ir kvantu skaitļi, kas jāpiešķir kvarkiem, lai atšķirtu dažādas garšas.
uz leju (d) 1/3 - (1/3) e 0 0 0 0 5. – 15
uz augšu (u) 1/3 + (2/3) un 0 0 0 0 2–8
dīvaini 1/3 - (1/3) e −1 0 0 0 100–300
šarms (c) 1/3 + (2/3) un 0 1 0 0 1 000–1 600
apakšā (b) 1/3 - (1/3) e 0 0 −1 0 4 100–4 500
augšdaļa (t) 1/3 + (2/3) un 0 0 0 1 180 000

Kvarka garšas

Visu pagājušā gadsimta sešdesmito gadu teorētiskie fiziķi, mēģinot ņemt vērā eksperimentos novēroto arvien pieaugošo subatomisko daļiņu skaitu, apsvēra iespēju, ka protonus un neitronus veido mazākas vielas vienības. 1961. gadā divi fiziķi Murray Gell-Mann no Amerikas Savienotajām Valstīm un Yuval Neʾeman no Izraēlas ierosināja daļiņu klasifikācijas shēmu ar nosaukumu Eightfold Way, kuras pamatā ir matemātiskās simetrijas grupa SU (3), kurā aprakstītas spēcīgi mijiedarbojošās daļiņas būvmateriālu izteiksmē. . 1964. gadā Gell-Mann kā shēmas fizisko pamatu ieviesa kvarku jēdzienu, pieņemot fantastisko vārdu no Džeimsa Džoisa romāna fragmenta Finnegans Wake . (Amerikāņu fiziķis Džordžs Zeigs tajā pašā gadā neatkarīgi izstrādāja līdzīgu teoriju un savas fundamentālās daļiņas nosauca par dūžiem.) Gella-Manna modelis sniedza vienkāršu priekšstatu, kurā visi mezoni ir parādīti kā tādi, kas sastāv no kvarka un antivarka, un visi barioni, kas sastāv no trīs kvarki. Tas postulēja trīs kvarka veidu esamību, kas izceļas ar unikālām garšām. Šie trīs kvarka tipi tagad parasti tiek apzīmēti kā augšup ( u ), uz leju ( d ), un dīvaini ( s ). Katram no tiem ir elektronu lādiņa daļēja vērtība (t.i., lādiņš ir mazāks nekā elektronam, ir ). Augšējais kvarks (maksadivi/3 ir ) un dūnu kvarku (maksa -1/3 ir ) veido protonus un neitronus, un tādējādi tie ir novērojami parastajā matērijā. Dīvaini kvarki (lādiņš -1/3 ir ) notiek kā K sastāvdaļas mesons un dažādas citas ārkārtīgi īslaicīgas subatomiskās daļiņas, kuras vispirms novēroja kosmiskos staros, bet kurām nav nekādas nozīmes parastajā matērijā.



kurš bija fašistiskās Itālijas vadītājs

Kvarka krāsas

Kvarku kā faktisko fizisko vienību interpretācija sākotnēji radīja divas lielas problēmas. Pirmkārt, kvarkiem, lai modelis darbotos, bija jābūt ar pus integra spin (iekšējā leņķiskā impulsa) vērtībām, taču tajā pašā laikā tie, šķiet, pārkāpj Pauli izslēgšanas principu, kas regulē visu to daļiņu (ko sauc par fermioniem) uzvedību, kurām ir nepāra puse -integrera griešanās. Daudzās barionu konfigurācijās, kas veidotas no kvarkiem, dažreiz vienā vai tajā pašā vietā bija jāiestata divi vai pat trīs vienādi kvarki. kvants valsts - vienošanās, kuru aizliedz izslēgšanas princips. Otrkārt, kvarki, šķiet, neļāva atbrīvoties no to veidotajām daļiņām. Lai gan spēki, kas saista kvarkus, bija spēcīgi, šķita maz ticams, ka tie bija pietiekami spēcīgi, lai izturētu bombardēšanu ar paātrinātāju augstas enerģijas daļiņu stariem.



Šīs problēmas tika atrisinātas, ieviešot krāsu jēdzienu, kas formulēts kvantu hromodinamikā (QCD). Šajā spēcīgās mijiedarbības teorijā, kuras idejas par sasniegumiem tika publicētas 1973. gadā, krāsai nav nekāda sakara ar ikdienas pasaules krāsām, bet tā drīzāk pārstāv kvarku īpašību, kas ir spēcīgā spēka avots. Sarkanā, zaļā un zilā krāsa tiek piedēvēta kvarkiem, un to pretstati - antired, antigreen un antiblue - antikvarķiem. Saskaņā ar QCD, visās kvarku kombinācijās jābūt šo iedomāto krāsu maisījumiem, kas viens otru novērš, un iegūtajai daļiņai nav tīras krāsas. Piemēram, barijs vienmēr sastāv no viena sarkanā, viena zaļā un viena zilā kvarka kombinācijas, un tāpēc tas nekad nepārkāpj izslēgšanas principu. Krāsu īpašībai ir spēcīgs spēks analogs uz elektriskais lādiņš elektromagnētiskajā spēkā, un tāpat kā lādiņš nozīmē fotonu apmaiņu starp lādētām daļiņām, tāpat krāsa ietver arī bezmasa daļiņu, ko sauc par gluoniem, apmaiņu starp kvarkiem. Tāpat kā fotoni nes elektromagnētisko spēku, gluoni pārraida spēkus, kas sasaista kvarkus kopā. Kvarki maina krāsu, kad tie izstaro un absorbē gluonus, un gluonu apmaiņa uztur pareizu kvarku krāsu sadalījumu.

Saistošie spēki un masveida kvarki

Glikonu nesošie spēki parasti ir vāji, ja kvarki atrodas tuvu viens otram. Protona (vai cita hadrona) robežās, attālumos, kas mazāki par 10−15metrs, kvarki uzvedas tā, it kā viņi būtu gandrīz brīvi. Šo stāvokli sauc par asimptotisku brīvību. Kad cilvēks sāk atdalīt kvarkus, tāpat kā mēģinot tos izsist no protona, spēka ietekme kļūst spēcīgāka. Tas ir tāpēc, ka, kā paskaidroja QCD, gluoniem ir iespēja radīt citus gluonus, pārvietojoties starp kvarkiem. Tādējādi, ja kvarks pēc tā paātrinātas daļiņas sadursmes sāk attālināties no pavadoņiem, gluoni izmanto enerģiju, ko tie iegūst no kvarka kustība lai ražotu vairāk gluonu. Jo lielāks skaits gluonu tiek apmainīti starp kvarkiem, jo ​​spēcīgāki kļūst efektīvie saistošie spēki. Piegādājot papildu enerģiju, lai iegūtu kvarku, šī enerģija tiek pārveidota tikai par jauniem kvarkiem un antikvarķiem, ar kuriem apvienojas pirmais kvarks. Šī parādība tiek novērota pie lielas enerģijas daļiņu paātrinātājiem jaunu daļiņu strūklu ražošanā, kuras var saistīt ar vienu kvarku.



kāds ir Spānijas karogs

Šarma atklājums 1970. gados ( c ) un apakšā ( b ) kvarki un ar tiem saistītie antikvari, kas iegūti, veidojot mezonus, ļoti liek domāt, ka kvarki notiek pa pāriem. Šīs spekulācijas izraisīja centienus atrast sesto kvarka veidu, ko sauc par top ( t ) pēc tās ierosinātās garšas. Saskaņā ar teoriju, augšējā kvarkā ir lādiņšdivi/3 ir ; tā partnerim, apakšējam kvarkam, ir -1/3 ir . 1995. gadā divas neatkarīgas zinātnieku grupas Fermi Nacionālajā paātrinātāju laboratorijā ziņoja, ka ir atradušas augšējo kvarku. Viņu rezultāti dod augšējam kvarkam 173,8 ± 5,2 gigaelektronu voltu masu (GeV; 109eV). (Nākamā smagākā kvarka, apakšas, masa ir aptuveni 4,2 GeV.) Vēl nav jāpaskaidro, kāpēc augšējais kvarcs ir tik daudz masīvāks nekā citas elementārdaļiņas, taču tā eksistence pabeidz standarta modeli - dominējošo teorētisko. dabas pamatelementu shēma.