Selgitame, mis on kvargid, kuidas need avastati ja mis on kvarkide mudel. Samuti muud subatomaarsed osakesed.
Kvargid on osakesed, mis on väiksemad kui neutronid ja prootonid.Mis on kvargid?
Kvargid või kvargid on teatud tüüpi subatomiline osake elementaal, mis kuulub kategooriasse fermionidja mille tugevad vastasmõjud moodustavad asja aatomituumadest. Selle nimi pärineb romaanist Finnegani äratus Iiri kirjaniku James Joyce'i poolt.
Kvargid on mille osakesed prootonid Y neutronid neid valmistatakse, aga ka muud tüüpi pisikesi osakesi, mida nimetatakse hadroniteks.
Need terminid võivad olla segadusttekitavad, kuid te ei pea neist sellisel tehnilisel tasemel aru saama, et teada saada, mis on kvark: kvargi kõige pisemad osakesed. asja, mis interakteeruvad vabalt nelja füüsikalise elementaarse jõuga: Gravitatsioonijõud, elektromagnetiline jõud, tugev tuumajõud ja nõrk tuumajõud.
Koos leptonitega on kvargid mateeria ehitusplokid. Nii nagu on mateeriat ja antiaine, on ka kvarke ja antikvarke.
Lisaks on kvarki kuut tüüpi ehk "maitset". Seega saab kõik aine mesonid ja barüonid ehk enam kui 200 erinevat subatomaarset osakest ehitada, kombineerides kolme erinevat kvarki (või antikvarki) (barüonid) või kvarki-antikvarki (mesoneid), mida ühendab tugev vastastikmõju. .
Kvarkide avastamine
Aastakümneid eeldati, et prootonid, neutronid ja elektronid need olid mateeria põhiosakesed, see tähendab, et miski ei saanud eksisteerida neist väiksemana.
Siiski uuritakse nn nukleoneid (neutronid ja prootonid, tuuma tuuma asukad). aatom) näitas, et nende suurus oli palju suurem kui elektronide oma ja võib eeldada, et need koosnevad omakorda millestki väiksemast ja lihtsamast. Kvargid tulid sellele küsimusele vastama.
Samal ajal pakkusid need 1964. aastal välja Murray Gell-Mann ja George Zweig, kuigi täiesti iseseisvalt. Need teadlased täheldasid kvarkide olemasolu vajadust aatomituuma osakeste vahelise tugeva interaktsiooni olemuse tõttu.
Lisaks olid paljud selle omadused seletamatud, kui seda ei olnud struktuurid sisemised prootonid ja neutronid. Seega kolme väiksema osakese olemasolu, nnquorks (hiljemkvargid, kuigi Zweig pakkus selle nime alguses väljaässad või "ässad"), millel oleks aelektrilaeng 1/3 ja 2/3 koormus.
Seda hüpoteesi testiti eksperimentaalselt SLAC-is (Stanfordi lineaarkiirendi keskus või "Stanford Center for Linear Accelerator" hilisematel aastatel. Kuid katse tõi välja, et prootoneid ja neutroneid võisid moodustada mitte kolm, vaid kuus osakest. Selle avastuse eest võitsid Taylor, Kendall ja Friedman 1990. aastal Nobeli füüsikaauhinna.
Kvarki mudel
Igal kvargitüübil on spetsiifilised omadused.Tänapäeval käsitletavas mateeria standardmudelis on kvarkidel mateerias kõige lihtsam koht.
Sõltuvalt kombineeritavate kvarkide tüübist võime saada erinevat tüüpi osakesi vastavalt hadronite klassifikatsioonireeglile (nn kvargi mudel), mis määrab kuus erinevat tüüpi kvarki (või maitsed, "Maitsed"), millest igaüks on varustatud "kvantarvuga", mis määrab selle elektrilaengu:
- ülal (üles). Kvantarvuna varustatud isospin +1/2.
- Allpool (alla). Kvantarvuna varustatud isospin -1/2.
- Võlu (võlu). Kvantarvuna varustatud võlu +1.
- Imelik (imelik). Varustatud kummalisusega -1 kvantarvuna.
- Peata (üleval) või tõde (tõde). Omandatud paremusega (tippus) +1.
- Alumine (põhja) või ilu (ilu). Õnnistatud alaväärsusega (põhjalikkus) -1.
Kõik see võib tunduda väga kummaline ja tunduda nagu midagi videomängust, kuid kvarkide mudelis on see mõistlik, kui mõelda, et need pisikesed osakesed ühinevad kolmikuteks või triaadideks, moodustades erinevat tüüpi suuremaid subatomaarseid osakesi.
Kui nende laengute summa annab täisarvud, moodustavad nad hadronid.
Sellele tuleks aga lisada, et kvarkidel võib olla veel kolme tüüpi laenguid, mis on "värvi”. Asi pole aga tegelikult värvis, vaid sellise nime andsid teadlased sellele omadusele, mis on teatud tüüpi afiinsus, mis vastutab tugeva tuumatõmbe eest (läbi veel ühe osakese, mida nimetatakse "gluoonideks").
Need värvid võivad olla sinised, rohelised või punased ning see eristab näiteks neutroneid ja prootoneid elektronidest (leptoni tüüpi osakesed), kuna viimased ei koosne kvarkidest ega tunneta tugevat tuuma vastastikmõju, vaid nõrku. .
Selle mudeli järgi on aine põhiosakesed kvargid ja leptonid.
Muud subatomilised osakesed
Muud subatomaarsete osakeste tüübid on:
- Fermions. Koos bosonitega on nad aine põhiosakesed, mida iseloomustab pooltäisarvuline spin või nurkimpulss (1/2, 3/2 jne). Fermione on ainult kahte tüüpi: kvargid ja leptonid.
- Leptonid Need on teatud tüüpi fermioonid, millel on ½ spin (kas + või -) ja mis erinevalt kvarkidest ei koge aine tugevat tuuma vastasmõju. Leptoneid on kuut tüüpi: elektronid, müüonid, tausid, elektronneutriinod, müüonneutriinod ja tau-neutriinod. Esimesed kolm on elektrilaenguga +1 või -1, ülejäänud aga 0.
- Bosonid. Koos fermionidega on need aine põhiosakesed, mida iseloomustab täisarvuline spin (0, 1, 2 jne) ja mis ei vasta Pauli välistamispõhimõttele. Bosonid on näiteks footonid, gluoonid või gravitonid, st osakesed, mis hõlmavad teadaolevaid jõude.
- Mesonid. Need on bosonid ehk hadronid täisarvulise spinniga 0 või 1, mis reageerivad tugevale tuuma vastastikmõjule, seega on need vastavalt kvark-antikvargi olekule valmistatud kvarkidest.
- Barüonid Need koosnevad kolmest kvargist ja nende kõige tüüpilisemad näited on neutron ja prooton, kuigi on ka teist tüüpi, äärmiselt ebastabiilseid.