Quark - đó là của một hạt? Tìm hiểu những gì nó bao gồm quark. hạt nhỏ hơn một hạt quark gì?

Chỉ một năm trước, Peter Higgs và Fransua Engler đoạt giải Nobel cho công việc của mình, được dành cho việc nghiên cứu của các hạt hạ nguyên tử. Điều này có vẻ vô lý, nhưng các nhà khoa học khám phá của ông đã thực hiện một nửa thế kỷ trước, nhưng cho đến ngày nay họ đã không đưa ra mặc dù là một việc lớn nhỏ.

Năm 1964, hai nhà vật lý tài năng hơn cũng thực hiện với lý thuyết mang tính đột phá của mình. Lúc đầu, cô cũng thu hút hầu như không có sự chú ý. Đó là kỳ lạ, bởi vì nó mô tả cấu trúc của các hadron, đó là không thể thiếu đối với bất kỳ một sự tương tác giữa các nguyên tử mạnh mẽ. Đây là lý thuyết của các quark.

nó là gì?

Bằng cách này, một quark là gì? Đây là một trong những thành phần quan trọng nhất của một hadron. Quan trọng! hạt này có "một nửa" spin, thực sự trở thành một fermion. Tùy thuộc vào màu sắc (xem dưới đây) phụ trách quark có thể bằng hai phần ba thứ ba hoặc của phụ trách một proton. Đối với màu sắc, trong đó có sáu (thế hệ của các quark). Họ là cần thiết để không vi phạm các nguyên tắc của Pauli.

thông tin cơ bản

Là một phần của các hạt hadron đang ở một khoảng cách không vượt quá giá trị của sự cô lập. Lý do rất đơn giản: họ trao đổi lĩnh vực đo vectơ, có nghĩa là, các gluon. Tại sao nó quark rất quan trọng? Gluon plasma (quark bão hòa) - một trạng thái của vật chất trong đó tất cả các vũ trụ ngay sau vụ nổ Big Bang. Theo đó, sự tồn tại của các quark và gluon - xác nhận trực tiếp rằng ông thực sự.

Họ cũng có màu sắc của riêng mình, nhưng vì phong trào tạo ra bản sao ảo của họ. Theo đó, khi khoảng cách giữa lực lượng quark giữa chúng được tăng lên đáng kể. Như người ta có thể tưởng tượng, với một khoảng cách tối thiểu của sự tương tác thực tế sẽ biến mất (tự do tiệm cận).

Do đó, bất kỳ sự tương tác mạnh mẽ trong hadron do quá trình chuyển đổi của gluon giữa các quark. Nếu chúng ta nói về sự tương tác giữa các hadron, họ giải thích việc chuyển giao cộng hưởng pi-meson. Một cách đơn giản, tất cả gián tiếp một lần nữa giảm xuống còn việc trao đổi gluon.

Làm thế nào quark một phần của các nucleon?

Mỗi neutron gồm một cặp d-quark và tazhe đơn u-quark. Mỗi trái proton, - các cặp d-quark đơn u-quark. Bằng cách này nói, các chữ cái được đặt tùy thuộc vào số lượng tử.

Hãy để chúng tôi giải thích. Ví dụ, phân rã beta được giải thích khá sự chuyển đổi của một trong cùng một loại quark trong một thành phần nucleon khác. Để được hiểu rõ hơn như một công thức quá trình này có thể được viết như thế này: d = u + w (phân rã nơtron này). Theo đó, các proton được viết công thức hơi khác nhau: u = d + w.

Ngẫu nhiên, nó là quá trình thứ hai được giải thích bởi một dòng ổn định của neutrino và positron trong những cụm sao lớn. Vì vậy, quy mô của vũ trụ một chút ít hạt quan trọng, mà là một plasma quark-gluon, như chúng ta đã biết, khẳng định vụ nổ Big Bang, và việc nghiên cứu các hạt này cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về bản chất của thế giới mà chúng ta đang sống.

Với chưa đầy một quark?

Bằng cách này, những gì nó bao gồm các hạt quark? Họ là một phần và bưu kiện preons. Những hạt này rất nhỏ và chưa được hiểu rõ, vì vậy mà ngay cả hôm nay họ được biết đến không quá nhiều. Dưới đây là quark nhỏ hơn.

họ đã đến từ đâu?

Ngày nay, hình thức phổ biến nhất preons hai giả thuyết: string lý thuyết và lý thuyết về Bilson-Thompson. Trong trường hợp đầu tiên, sự xuất hiện của dữ liệu hạt giải thích chuỗi dao động. Giả thuyết thứ hai cho thấy sự xuất hiện của họ là do trạng thái kích thích của không gian và thời gian.

Điều thú vị là trong trường hợp thứ hai nó có thể để mô tả hiện tượng này, sử dụng một ma trận của phương tiện giao thông song song cùng đường cong của mạng spin. Các đặc tính của ma trận này chính nó và xác định những cho preons. Đó là những gì nó bao gồm quark.

Tổng hợp, chúng ta có thể nói rằng các quark - một loại "lượng tử" trong thành phần của các hadron. Ấn tượng? Và bây giờ chúng ta sẽ nói về cách làm là mở các quark. Đây là một câu chuyện rất thú vị đó, trong số những thứ khác, tiết lộ hoàn toàn một số chi tiết được mô tả ở trên.

hạt lạ

Ngay sau khi kết thúc Thế chiến II, các nhà khoa học đã bắt đầu tích cực khám phá thế giới của hạt hạ nguyên tử, vốn đã cho đến nay dường như chỉ nguyên thủy (cho xem). Proton, neutron (nucleon) nguyên tử và electron được hình thành. Năm 1947 ông mở peonies (và dự đoán sự tồn tại của nó vào năm 1935), những người chịu trách nhiệm về sự hấp dẫn lẫn nhau của các nucleon trong hạt nhân nguyên tử. Sự kiện này không phải là một triển lãm khoa học đã cống hiến trong thời gian của mình. Quark vẫn chưa mở, nhưng thời gian của cuộc tấn công vào "dấu chân" của họ đã nhận được gần hơn.

Neutrino tại thời điểm đó chưa được phát hiện. Nhưng tầm quan trọng rõ ràng của họ để giải thích sự phân rã beta của các nguyên tử lớn đến nỗi các nhà khoa học có chút nghi ngờ về sự tồn tại của họ. Bên cạnh đó, đã phát hiện hoặc dự đoán một số phản hạt. Tình hình vẫn không rõ ràng chỉ với muon mà được hình thành trong quá trình phân rã của pion và sau đó di chuyển sang neutrino, electron hoặc positron. Các nhà vật lý đã không hiểu, tại sao tôi cần trạm trung gian này.

Than ôi, một mô hình đơn giản và khiêm tốn như vậy tồn tại rất ngắn gọn việc mở các pion. Năm 1947, hai nhà vật lý Anh Dzhordzh Rochester và Clifford Butler, xuất bản một bài báo tò mò trên tạp chí khoa học Nature. Cô từng là vật liệu cho nghiên cứu của họ về tia vũ trụ qua buồng điện toán đám mây, trong thời gian đó họ đã nhận được thông tin prelyubopytny. Trên một trong những bức ảnh chụp trong thời gian quan sát, nó đã nhìn thấy rõ ràng một vài ca khúc với một nguồn gốc chung. Kể từ khi sự khác biệt là như Latin V, sau đó nó trở nên rõ ràng - phí của các hạt này chắc chắn là khác nhau.

Các nhà khoa học từng cho rằng những dấu vết cho thấy một thực tế của sự sụp đổ của một số hạt chưa biết rằng không được bỏ lại phía sau các bài hát khác. Các tính toán cho thấy khối lượng của nó - khoảng 500 MeV, mà là lớn hơn nhiều so với giá trị này cho electron. Tất nhiên, các nhà nghiên cứu đã đặt tên khai mạc V-hạt của họ. Tuy nhiên, đây không phải là quark. hạt này vẫn chờ đợi trong đôi cánh.

Chỉ là khởi đầu

Với phát hiện này, tất cả bắt đầu. Trong năm 1949, theo các điều kiện tương tự theo dõi hạt đã được tìm thấy, mà đã dẫn đến chỉ ba pion. Nó nhanh chóng trở nên rõ ràng rằng cô ấy, cũng như V-bit - khá thành viên khác nhau trong gia đình, bao gồm bốn hạt. Sau đó họ được gọi là K-meson (kaon).

Một cặp kaon tính có một khối lượng 494 MeV, và trong trường hợp điện tích trung hòa - 498 MeV. Ngẫu nhiên, vào năm 1947, các nhà khoa học đã có may mắn để nắm bắt chỉ là cùng một trường hợp rất hiếm hoi của một kaon tích cực phân rã, nhưng tại thời điểm đó họ chỉ là không thể giải thích một cách chính xác hình ảnh. Tuy nhiên, để được hoàn toàn công bằng, nó thực sự là quan sát đầu tiên của một kaon đã được thực hiện trở lại vào năm 1943, nhưng thông tin về nó đã gần như bị mất trong bối cảnh của nhiều ấn phẩm khoa học thời hậu chiến.

oddities mới

Và sau đó các nhà khoa học chờ đợi khám phá thêm. Năm 1950 và 1951, các nhà nghiên cứu từ các trường đại học Manchester và Melnburskogo quản lý để tìm ra một hạt nặng hơn nhiều so với các proton và neutron. Cô một lần nữa không có phí, nhưng phân rã thành một proton và một pion. Sau đó, như bạn có thể nói, đã có một điện tích âm. Một hạt mới được biểu thị bởi lá thư Λ (lambda).

Thời gian hơn trôi qua, câu hỏi hơn phát sinh từ các nhà khoa học. Vấn đề là các hạt mới được sản xuất độc quyền bởi sự tương tác hạt nhân mạnh mẽ, nhanh chóng phá vỡ để tạo thành proton và neutron. Ngoài ra, họ luôn xuất hiện theo cặp, những biểu hiện đơn không bao giờ làm. Đó là lý do một nhóm các nhà vật lý từ Hoa Kỳ và Nhật Bản đề xuất để sử dụng trong mô tả của họ về một số lượng tử mới - một kỳ quặc. Theo định nghĩa của họ, sự kì lạ của tất cả các hạt khác được biết đến bằng không.

nghiên cứu sâu hơn

Đột phá trong nghiên cứu xảy ra chỉ sau khi sự xuất hiện của một hệ thống hóa mới của hadron. Một nhân vật nổi bật trong đó là cuộc xung đột Israel Yuval Ne'eman, đã làm thay đổi cuộc đời binh nghiệp xuất sắc của mình để được như rực rỡ một nhà khoa học.

Ông chỉ ra rằng sự mở vào thời điểm meson và baryon sâu, tạo thành một cụm các hạt multiplets liên quan. Thành viên của mỗi hiệp hội lạ như vậy có hoàn toàn giống hệt nhau, nhưng ngược lại chi phí điện. Vì vậy, làm thế nào để tương tác hạt nhân mạnh mẽ của điện tích không phụ thuộc, trong tất cả các phần còn lại của multiplets hạt trông cặp song sinh hoàn hảo.

Các nhà khoa học đã cho rằng sự xuất hiện của hình như đáp ứng đối xứng tự nhiên nào đó, và chẳng bao lâu họ đã có thể tìm thấy cô. Đó là một sự tổng quát đơn giản của nhóm quay SU (2), trong đó các nhà khoa học trên toàn thế giới sử dụng để mô tả các số lượng tử. Đó chỉ là tại thời điểm đó đã được biết đến 23 hadron, và lưng của họ là bằng 0, ½ hoặc toàn bộ đơn vị, vì vậy sử dụng phân loại này là không thể.

Kết quả là, nó phải được sử dụng để phân loại một lần hai số lượng tử, từ đó mở rộng đáng kể việc phân loại. Và đã có một nhóm SU (3), mà vào đầu thế kỷ bởi các nhà toán học Pháp Elie Cartan. Để xác định vị trí phân loại của mỗi hạt ở trong đó, chương trình nghiên cứu đã được phát triển bởi các nhà khoa học. Quark sau đó dễ dàng tham gia vào một loạt hệ thống, trong đó khẳng định tính đúng đắn tuyệt đối của các chuyên gia.

số lượng tử mới

Vì vậy, các nhà khoa học đã đi đến ý tưởng sử dụng một bản tóm tắt số lượng tử, mà trở thành hypercharge và spin đồng vị. Tuy nhiên, với sự thành công cùng chúng ta có thể lấy lạ và điện tích. Đề án này đã được quy ước đặt tên Bát Chánh Đạo. Đây được chụp tương đồng với Phật giáo, nơi để đạt được niết bàn cũng cần phải vượt qua tám cấp. Tuy nhiên, tất cả các lời bài hát này.

Neeman công việc của mình và đồng nghiệp của ông, Gell-Mann, xuất bản năm 1961, và số lượng các meson sau đó được biết đến không quá bảy người. Nhưng trong bài báo của họ, các nhà nghiên cứu đã không ngại đề cập đến khả năng cao về sự tồn tại của các meson thứ tám. Cũng trong năm 1961, lý thuyết của họ được rực rỡ khẳng định. Tìm thấy một hạt gọi là eta meson (chữ η Hy Lạp).

khám phá xa hơn và thí nghiệm rực rỡ khẳng định sự đúng đắn của việc phân loại tuyệt đối của SU (3). Đây đã trở thành một động lực mạnh mẽ để các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng họ đang đi đúng hướng. Ngay cả những Gell-Mann không nghi ngờ gì trong thực tế là trong tự nhiên có quark. Xét về lý thuyết của ông đã không phải là rất tích cực, nhưng các nhà khoa học đã bị thuyết phục rằng ông đã đúng.

Ở đây và quark!

Ngay sau khi bài viết "Một mô hình sơ đồ của baryon và meson." Trong đó, các nhà khoa học đã có thể phát triển hơn nữa các ý tưởng về hệ thống hóa, mà đã chứng tỏ rất hữu ích. Họ phát hiện ra rằng SU (3) là hoàn toàn giả định sự tồn tại của ba toàn bộ các fermion, các điện tích dao động từ 2/3 đến 1/3 và 1/3, nơi mà trong bộ ba một hạt luôn là khác nhau lạ khác không. Đã nổi tiếng với chúng ta Gell-Mann gọi họ là "hạt cơ bản quark."

Theo cáo buộc, ông dán nhãn chúng như u, d và s (từ từ tiếng Anh lên, xuống và lạ). Theo kế hoạch mới, từng hình thành bởi ba baryon quark. Meson được bố trí dễ dàng hơn nhiều. Chúng chứa một quark (quy tắc này là bất biến) và một quark. Chỉ sau đó cộng đồng khoa học đã trở thành nhận thức được sự tồn tại của các hạt này, đó là chủ đề của bài viết của chúng tôi.

Một chút lịch sử hơn

Bài viết này, trong đó phần lớn là xác định sự phát triển của vật lý trong những năm trước, có một lịch sử khá thú vị. Gell-Mann nghĩ đến sự tồn tại của ba như vậy rất lâu trước khi nó được công bố, nhưng không ai để thảo luận về các giả định của họ. Thực tế là giả định của ông về sự tồn tại của các hạt đó có một phụ trách phân đoạn, nhìn như vô nghĩa. Tuy nhiên, sau một cuộc trò chuyện với một nhà vật lý lý thuyết Robert Serber nổi bật ông biết rằng đồng nghiệp của ông đã thực hiện chính xác các kết luận tương tự.

Bên cạnh đó, các nhà khoa học đã chỉ ra kết luận chính xác rằng sự tồn tại của các hạt như vậy chỉ có thể nếu họ không fermion miễn phí, và là một phần của các hadron. Thật vậy, trong trường hợp này, chi phí của họ được tích hợp! Trước Gell-Mann gọi họ kvorkami và thậm chí đề cập chúng trong MTI, nhưng phản ứng của học sinh và giáo viên rất thấp-key. Đó là lý do tại sao một nhà khoa học trong một thời gian dài suy nghĩ về việc liệu ông nên thực hiện nghiên cứu của mình cho công chúng.

Từ "quark" (điều này âm thanh như tiếng khóc của những con vịt) được lấy từ các tác phẩm của James Joyce. Lạ lùng thay, nhưng học giả người Mỹ gửi bài viết của mình trên tạp chí khoa học có uy tín của châu Âu Physics Letters, vì sợ nghiêm túc rằng một phiên bản tương tự về mức độ của các ấn bản Mỹ của tạp chí Physical Review Letters sẽ không chấp nhận nó để xuất bản. Bằng cách này, nếu bạn muốn tìm kiếm ít nhất một bản sao của bài viết - bạn trực tiếp đường dẫn đến các bảo tàng cùng Berlin. Quark trong Tờ trình của ông là không có, nhưng toàn bộ câu chuyện của sự khám phá của họ (hay đúng hơn, bộ phim tài liệu bằng chứng) là.

Bắt đầu cuộc cách mạng quark

Công bằng mà nói nó cần lưu ý rằng hầu như tại cùng một thời gian để suy nghĩ tương tự đến từ nhà khoa học CERN, Dzhordzh Tsveyg. Thứ nhất, người thầy của mình là mình Gell-Mann, và sau đó Richard Feynman. Zweig cũng xác định thực tế của các fermion, trong đó có một phụ trách phân đoạn, nhưng gọi họ aces. Hơn nữa, một nhà vật lý tài năng cũng coi baryon như ba quark và meson - như một sự kết hợp của một quark và một quark.

Đơn giản chỉ cần đặt, các học trò của kết luận cô giáo của mình đã nhắc lại đầy đủ, khá xa nhau từ đó. Tác phẩm của ông đã xuất hiện ngay cả một vài tuần trước khi công bố Mann, nhưng chỉ là một tổ chức "sản xuất trong nước". Tuy nhiên, đó là sự hiện diện của hai tác phẩm độc lập, trong đó phát hiện được hầu như giống hệt, một khi đã thuyết phục một số nhà khoa học trung thành với lý thuyết được đề xuất.

Từ chối để tin tưởng

Tuy nhiên, nhiều nhà nghiên cứu đã đưa lý thuyết này không phải là ngay lập tức. Vâng, các nhà báo và nhà lý luận một cách nhanh chóng rơi vào tình yêu với cô ấy cho rõ ràng và đơn giản, nhưng các nhà vật lý nghiêm trọng đã chấp nhận nó chỉ sau chừng 12 năm. Bạn không nên đổ lỗi cho họ cho chủ nghĩa bảo thủ quá mức. Thực tế là các lý thuyết ban đầu của các quark toàn trái ngược với nguyên tắc loại trừ Pauli, mà chúng tôi đã đề cập ở đầu bài viết này. Nếu chúng ta giả định rằng proton chứa một cặp u-quark và các chỉ d-quark, là người đầu tiên nên nghiêm trong trạng thái lượng tử. Theo Pauli, điều này là không thể.

Đó là sau đó và đã có một số lượng tử bổ sung, thể hiện dưới dạng một màu (như chúng tôi đề cập ở trên). Hơn nữa, nó là không rõ ràng như thế nào nói chung quark hạt cơ bản tương tác với nhau, tại sao không đáp ứng loài miễn phí của họ. Tất cả những bí ẩn đáng kể giúp làm sáng tỏ những lí thuyết trường chuẩn, mà "mang đến cho tâm trí" chỉ trong 70s giữa. Khoảng thời, lý thuyết quark của hadron tự nhiên bao gồm trong nó.

Nhưng trên hết bị cản trở sự phát triển của lý thuyết về sự vắng mặt hoàn toàn của ít nhất một số các bài kiểm tra thực nghiệm rằng sẽ xác nhận cả sự tồn tại và sự tương tác giữa các hạt quark và hạt khác. Và họ dần dần bắt đầu chỉ xuất hiện ở phần cuối của thập niên 60, khi sự phát triển nhanh chóng của công nghệ cho phép đối với kinh nghiệm của một "truyền" chùm electron proton. Đó là những kinh nghiệm này đã cho phép để chứng minh rằng các proton bên trong thực sự "ẩn" một số hạt, mà ban đầu được gọi là partons. Sau đó, vẫn tin rằng nó là không có gì giống như một quark đúng, nhưng nó chỉ vào cuối năm 1972.

xác nhận thực nghiệm

Tất nhiên, đối với các tín ngưỡng cộng đồng khoa học chính thức phải mất một nhiều dữ liệu thực nghiệm hơn. Năm 1964, James Bjorken và Sheldon Glashow (tương lai đoạt giải Nobel, bằng cách này) đã gợi ý, mặc dù có thể có một loài quark thứ tư, mà họ đặt tên là quyến rũ (quyến rũ).

Đó là nhờ vào giả thuyết này, các nhà khoa học vào năm 1970 đã có thể giải thích nhiều oddities đã được quan sát thấy trong sự phân rã của kaon trung tính phí. Sau bốn năm, chỉ hai nhóm độc lập của các nhà vật lý Mỹ đã có thể sửa chữa các phân rã meson, trong đó bao gồm chỉ là một "quyến rũ" quark và quark của nó. Đó là không có thắc mắc rằng sự kiện này một lần được đặt tên là Cách mạng Tháng Mười Một. Đây là lần đầu tiên lý thuyết quark là nhiều hay ít "thị giác" xác nhận.

Tầm quan trọng của việc mở nói ít nhất một thực tế rằng người quản lý dự án, Samuel Ting và Burton Richter, hai năm sau đó đã nhận được giải Nobel của mình: Một sự kiện được phản ánh trong nhiều bài viết. Với một số trong số họ, bạn có thể tìm thấy trong bản gốc, nếu bạn truy cập New York bảo tàng lịch sử tự nhiên. Quark, và như chúng ta đã nói - một phát hiện rất quan trọng của thời hiện đại, và do đó sự chú ý trong cộng đồng khoa học trả cho họ rất nhiều.

tỷ lệ ultima

Chỉ trong năm 1976, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một hạt với sự quyến rũ khác không, các trung D-meson. Đây là một sự kết hợp khá phức tạp của một quark quyến rũ và u-quark. Ở đây thậm chí những kẻ thù thâm căn cố đế về sự tồn tại của các quark đã buộc phải thừa nhận sự thật của lý thuyết này, lần đầu tiên được mô tả hơn hai thập kỷ trước. Một trong những nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng nhất, Dzhon Ellis, được gọi là sự quyến rũ của "đòn bẩy làm thay đổi thế giới."

Ngay sau đó, danh sách các khám phá mới đến và một vài hạt quark rất lớn, trên và dưới, đó là dễ dàng có thể liên hệ với đã được thông qua tại thời điểm đặt hàng của (3) SU. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học nói rằng có được cái gọi là tứ quark rằng một số nhà khoa học đã đặt tên là "phân tử hadron."

Một số trong những phát hiện và kết luận

Nên hiểu rằng việc mở cửa và chứng minh khoa học cho sự tồn tại của các hạt quark, trên thực tế, bạn có thể giả định rằng các cuộc cách mạng khoa học. Nó có thể được coi là đầu năm 1947 (trong thực tế năm 1943), và kết thúc của nó rơi vào việc phát hiện đầu tiên của các meson "quyến rũ". Nó chỉ ra rằng trong suốt thời gian kể từ ngày cuối cùng của khai mạc một mức độ như vậy là, không hơn cũng không ít, càng nhiều càng 29 năm (hoặc thậm chí 32 năm)! Và mọi thời đại này đã được chi tiêu không chỉ vì lợi ích của việc tìm kiếm một quark! Gluon plasma như đối tượng chính trong vũ trụ nhanh chóng thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học.

Tuy nhiên, phức tạp hơn nó trở thành một lĩnh vực nghiên cứu, còn phải mất để thực hiện những khám phá thực sự quan trọng. Và như chúng ta đang thảo luận các hạt, tầm quan trọng của phát hiện này không thể đánh giá thấp bất cứ ai. Nghiên cứu cấu trúc của các hạt quark, người đó sẽ có thể thâm nhập sâu hơn vào những bí ẩn của vũ trụ. Có thể là chỉ sau khi hoàn tất việc học của họ chúng ta có thể học cách Vụ Nổ Lớn và vũ trụ tiến hóa theo luật gì. Trong mọi trường hợp, nó có thể mở chúng để thuyết phục nhiều nhà vật lí mà thực tế xung quanh chúng ta là nhiều khó khăn trong quá khứ biểu diễn.

Vì vậy, bạn biết những gì một quark. hạt này vào thời điểm đó gây ra một cảm giác trong thế giới khoa học, và nhà nghiên cứu ngày nay là hy vọng cuối cùng tiết lộ tất cả những bí mật của nó.