קווארק - היא זו של חלקיק? גלו מה זה מורכב קווארקים. מה חלקיק קטן מ קווארק?

רק לפני שנה, פיטר היגס ו Fransua אנגלר זכה בפרס נובל על עבודתו, אשר הוקדש ללימוד חלקיקים תת-אטומיים. זה אולי נראה מגוחך, אך מדעני תגליותיו עשו לפני חצי מאה, אבל עד עצם היום הזה הוא לא נתן אף עניין גדול מעט.

בשנת 1964, שני הפיזיקאי המוכשר יותר ביצע גם עם התיאוריה פורצת הדרך שלו. בהתחלה, היא גם נמשכת כמעט ללא תשומת לב. זה מוזר, כי זה תיאר את המבנה של הדרונים, אשר חיוניים לכל אינטראקציה interatomic אחד חזק. זו היתה התיאוריה של הקווארקים.

מה זה?

אגב, מה הוא קווארק? זהו אחד המרכיבים החשובים ביותר של ההדרונים. חשוב! חלקיק זה יש ספין "חצי", בעצם היותו פרמיונים. בהתאם לצבע (ראה להלן) תשלום קווארק עשוי להיות שווה השלישיים או שני השלישים של התשלום של פרוטון. באשר הצבעים, מתוכם ישנם שישה (דור של קוורקים). הם נחוצים כדי לא להפר את עקרון פאולי.

מידע בסיסי

כחלק חלקיקים אלה הדרונים הם במרחק שלא יעלה על הערך של הריתוק. הסיבה היא פשוטה: הם מחליפים שדה מד וקטורים, כלומר, גלואונים. למה זה חשוב כל כך קווארק? גלואון פלזמה (קווארקים רווי) - מצב חומר שבו כל היקום מיד לאחר המפץ הגדול. לפיכך, קיומו של קווארקים וגלואונים - אישור ישיר כי הוא אכן היה.

יש להם גם צבע משלהם, אבל בגלל התנועה ליצור עותקים הווירטואליים שלהם. לפיכך, כאשר המרחק בין כוח קווארק ביניהם גדל באופן משמעותי. בתור אחד יכול לדמיין, עם מרחק מינימלי של אינטראקציה כמעט נעלם (החופש האסימפטוטי).

לכן, כל אינטראקציה חזקה ב הדרונים בשל המעבר של גלואונים בין הקווארקים. אם אנחנו מדברים על יחסי הגומלין בין הדרונים, הם מסבירים את העברת תהודת pi-מסון. במילים פשוטות, כל בעקיפין שוב לכדי חילופי גלואונים.

איך קווארק חלק הנוקליאון?

נויטרונים כל מורכב זוג ד-קווארק tazhe u-קווארק בודד. כל להיפך פרוטונים, - של זוג ד-קווארק בודד u-קווארק. עד דוברי הדרך, האותיות ממוקמות תלוי מספרי הקוונטים.

תנו לנו להסביר. לדוגמה, התפרקות בטא מוסברת די הטרנספורמציה של אחת מאותו סוג של קווארק בהרכב נוקליאון למשנהו. כדי להבין טוב יותר כנוסחה תהליך זה יכול להיות כתוב ככה: D = u + w (ריקבון נויטרונים זה). בהתאם לכך, הפרוטון כתוב נוסחה שונה במקצת: u = D + w.

אגב, זה התהליך המוסבר זרם קבוע של נייטרינים פוזיטרונים של צבירי כוכבים הגדולים. אז הסקאלה של היקום חלקיק חשוב קצת פחות, שהינה פלסמת קווארק-גלואון, כפי שכבר אמרנו, מאשרת המפץ הגדול, ועל ידי לימוד חלקיקים אלה מאפשרים למדענים להבין בצורה טובה יותר את המהות של העולם שבו אנו חיים.

עם פחות קווארק?

אגב, מה זה מורכב קווארקים? הם חלק בלתי נפרד preons. חלקיקים אלה הם מאוד קטנים מחד ומובנים, כך שגם היום הם ידועים לא כל כך הרבה. הנה קווארקים קטן.

מאיפה הם באים?

היום, הצורה הנפוצה ביותר preons שתי השערות: תורת המיתרים ואת התיאוריה של בילסון-תומפסון. במקרה הראשון, את המופע של נתוני חלקיקים הסביר תנודת מחרוזת. ההשערה השנייה עולה כי המראה שלהם נגרם על ידי המדינה מתרגשת מרחב והזמן.

זה מעניין, כי במקרה השני אפשר לתאר את התופעה, באמצעות מטריצה של העתקה מקבילה לאורך עקומות של רשת הספין. המאפיינים של מטריקס זו עצמה ולקבוע אלו עבור preons. זה מה זה מורכב קווארקים.

לסיכום, ניתן לומר כי הקווארקים - מעין "הקוונטים" בהרכב של הדרונים. התרשמתי ועכשיו נדבר על איך לעשות היה לפתוח את קווארק. זהו סיפור מרגש מאוד כי, בין היתר, באופן מלא חושף כמה פרטים שתוארו לעיל.

חלקיקים מוזרים

מיד לאחר תום מלחמת העולם השנייה, החלו מדענים לחקור את העולם באופן פעיל של חלקיקים תת-אטומיים, שקודם נראו עד כה רק פרימיטיביים (עבור התצוגה). אטום ואלקטרוני פרוטונים, ניטרונים (הנוקליאון) נוצרים. בשנת 1947 הוא הפתח אדמוני (וחזה קיומה ב 1935), שהיו אחראי לכוח המשיכה ההדדית של הנוקליאון בגרעין של אטומים. אירוע זה אינו תערוכה מדעית הוקדש בזמנו. קווארקים עדיין לא נפתחו, אבל בזמן ההתקפה על "טביעת הרגל" שלהם עומד להתקרב.

הנייטרינו בשלב שטרם התגלה. אבל החשיבות הברורה שלהם כדי להסביר את התפרקות בטא של אטומים הייתה כל כך גדולה, כי יש מדענים ספק לקיומם. בנוסף, כבר לזהות או לנבא כמה אנטי-חלקיק. המצב עדיין לא ברור רק עם מואונים אשר נוצרות במהלך הדעיכה של פיונים ואילך מעבר לנייטרינו, אלקטרונים או פוזיטרונים. פיסיקאים לא הבינו, למה אני צריך את תחנת ביניים זו.

אבוי, כגון מודל פשוט ולא יומרני בקצרה מאוד שרד בפתיחת פיונים. בשנת 1947, שני פיזיקאי אנגלית Dzhordzh רוצ'סטר קליפורד באטלר, פרסם מאמר סקרן בכתב העת המדעי Nature. היא שימשה חומר הלימוד שלהם של קרניים קוסמיות דרך תא ענן, שבמהלכה הם קיבלו מידע prelyubopytny. על אחת התמונות שנתפסו במהלך התצפית, זה היה נראה בבירור כמה מסלולים בעל מוצא משותף. מאז ההבדל היה כמו הלטינית V, ואז התברר - התשלום של חלקיקים אלה הוא בהחלט שונה.

מדענים פעם להניח כי מסלולים אלה מצביעים על העובדה של הקריסה כמה חלקיק ידוע כי הוא לא נשאר מאחור מסלולים אחרים. חישובים הראו כי המסה שלו - כ 500 MeV, וזה הרבה יותר מאשר את הסכום הזה עבור האלקטרון. כמובן, החוקרים בשם V-חלקיק הפתיחה שלהם. עם זאת, זה לא היה קווארק. חלקיק זה עדיין מחכה בפתח.

רק ההתחלה

עם גילוי זה, כל זה התחיל. בשנת 1949, תחת אותם התנאים במסלול החלקיקים נמצא, מה שהוליד רק שלושה פיונים. עד מהרה התברר כי היא, כמו גם את V-ביט - די חברים שונים של המשפחה, המורכב מארבעה חלקיקים. מאוחר יותר הם נקראו K-ומזונים (קאונים).

זוג קאונים טעון יש MeV 494 המוני, ובמקרה של תשלום ניטראלי - 498 MeV. אגב, בשנת 1947, מדענים יתמזלו ללכוד רק באותו מקרה מאוד נדיר של קאון חיובית דועכת, אבל באותו הזמן הם פשוט לא היו מסוגלים לפרש את התמונה בצורה נכונה. עם זאת, כדי להיות הוגן לחלוטין, הוא למעשה התצפית הראשונה של קאון נעשתה חזרה 1943, אך מידע על זה כמעט הלך לאיבוד על רקע פרסומים מדעיים שלאחר מלחמה רבות.

מוזרויות חדשות

ואז המדענים המתינו תגליות נוספות. בשנת 1950 ו 1951, חוקרים מהאוניברסיטאות של מנצ'סטר Melnburskogo הצליח למצוא חלקיק הוא הרבה יותר כבד מאשר פרוטונים ונויטרונים. היא שוב לא הייתה אחראית, אבל מתפרקת לפרוטון ו pion. זה האחרון, כפי שאתה יכול לספר, היה מטען שלילי. חלקיק חדש כונה על ידי מכתב Λ (למבדה).

ככל שחלף הזמן, כן ירבו השאלות העולות מן המדענים. הבעיה הייתה כי החלקיקים החדשים מיוצרים באופן בלעדי על ידי האינטראקציות הגרעיניות החזקות, פירוק במהירות ליצירת פרוטונים וניטרונים. בנוסף, הם תמיד מופיעים בזוגות, גילויי יחיד מעולם לא עשו. לכן קבוצה של פיסיקאים מארצות הברית ויפן הציעה להשתמש בתיאור שלהם של מספר קוונטית חדש - מוזרה. על פי ההגדרה שלהם, המוזרות של כל החלקיקים הידועים האחרים אפס.

מחקר נוסף

פריצת דרך במחקרים התרחשה רק לאחר הופעת ידו שיטה חדשה של הדרונים. דמות בולטת זו הייתה נאמנת היובל הישראלי, אשר שינה את הקריירה הצבאית שלו מצטיינת להיות כמו מבריק מדען.

הוא ציין כי פתוח עד הדעיכה ומזונים ו בריונים, ויוצר אשכול multiplets חלקיקים הקשור. חברי כל מוזרות עמותה כזה להחזיק זהה לחלוטין, אבל היפך חשמלי חיוביים. אז איך האינטראקציה הגרעינית החזקה של מטענים חשמליים אינה תלויה, בכל שאר multiplets חלקיקים נראים תאומים מושלמים.

מדענים הראו כי קרות תצורות כאלה פוגשות סימטריה טבעית מסוימת, ועד מהרה הם הצליחו למצוא אותה. זאת הייתה הכללה פשוטה של קבוצת הספין SU (2), אשר מדענים ברחבי העולם השתמש כדי לתאר את מספרי הקוונטים. זה בדיוק באותו זמן כבר היה ידוע 23 הדרונים, ועל גבם היו שווים 0, ½ או כיחידה שלמה, כך להשתמש בסיווג זה לא היה אפשרי.

כתוצאה מכך, זה היה צריך לשמש לסיווג פעם שני מספרי קוונטים, ובכך הרחיב מאוד את הסיווג. ויהי קבוצת SU (3), אשר בתחילת המאה על ידי המתמטיקאי הצרפתי אלי קרטן. כדי לקבוע את המיקום טקסונומי של כל חלקיק זה, תוכנית המחקר פותחה על ידי מדענים. קווארק מכן נכנס בקלות לתוך סדרה שיטתית, אשר אישר את צדקתה המוחלטת של מומחים.

מספר קוונטים חדש

אז מדענים הגיעו לרעיון של שימוש מופשט מספרי קוונטים, אשר הופכים hypercharge וספין האיזוטופ. עם זאת, עם אותה ההצלחה אפשר לקחת את זרותו מטען חשמלי. תוכנית זו כבר בשם כמקובל הדרך המתומנת. זו נתפסת אנלוגיה עם בודהיזם, היכן להשיג נירוונה גם צריך לעבור שמונה הרמות. עם זאת, כל המילים הזה.

נאמן עבודתו ועמיתו, גל-מן, שפורסם ב 1961, וכן את המספר ומזונים הידועים אז לא יעלו על שבע. אבל במאמרם, החוקרים לא פחדו לדבר על סבירות גבוהה לקיומו של מסון השמיני. כמו כן ב 1961, התיאוריה שלהם אומתו באופן מזהיר. נמצאו חלקיק הנקרא מסון ETA (את η האות היוונית).

תגליות וניסויים נוספים אישרו את נכונות מבריקה של סיווג המוחלט של SU (3). זה הפך תמריץ חזק חוקרים אשר מצאו כי הם נמצאים על המסלול הנכון. אפילו גל-מן לא היה ספק בכך בטבע ישנם קווארקים. ביקורות של התיאוריות שלו לא היו מאוד חיוביות, אך המדען היה משוכנע שהוא צודק.

פה קווארקים!

זמן קצר לאחר מכן את המאמר "מודל סכמטי של בריונים ומזונים." בכל זאת, מדענים הצליחו להמשיך לפתח את הרעיון של שיטתיות, אשר הוכיח כל כך שימושית. הם מצאו כי SU (3) הוא לגמרי מניח את הקיום של פרמיונים שלישיות כולו, המטען החשמלי נע בין 2/3 ל 1/3 ו 1/3, היכן שלישיית חלקיק אחד הוא תמיד זרות שונות מאפס שונות. כבר ידוע לנו גל-מן כינה אותם "קווארקים חלקיקים יסודיים."

על פי כתב האישום, הוא שכותרתו אותם כמו u, d ו- S (מדברי אנגלית למעלה, למטה מוזר). בהתאם לתוכנית החדשה, כל שהוקמה על ידי קווארק באריון שלוש. ומזונים מסודרים הרבה יותר קלים. הם מכילים קווארק אחד (כלל זה הוא בלתי ניתן לשינוי) וכן antiquark. רק לאחר שהקהילה המדעית הפכה מודעת לקיומו של חלקיקים אלה, שהם הנושא של המאמר שלנו.

קצת היסטוריה ועוד

מאמר זה, אשר במידה רבה נקבע להתפתחות הפיזיקה בשנים הקרובות, יש היסטוריה מעניינת למדי. גל-מן חשב על קיומו של שלישיות כאלה הרבה לפני פרסומו, אבל אף אחד לא לדון ההנחות שלהם. עובדת ההנחה שלו על קיומו של חלקיקים בעלי מטען חלקי, נראית כמו ג'יבריש. עם זאת, לאחר שיחה עם סרבר רוברט פיזיקאי תיאורטי מצטיין נודע לו עמיתו עשה את המסקנות בדיוק.

בנוסף, המדען עשה את המסקנה הנכונה היחידה לקיומו של חלקיקים כאלה אפשרי רק אם הם אינם פרמיונים בחינם, והם חלק ההדרונים. ואכן, במקרה זה, החיובים שלהם משולבים! קודם גל-מן כינה אותם kvorkami ואף הזכירו אותם MTI, אבל התגובה של התלמידים והמורים היה מינורי מאוד. זו הסיבה מדען במשך זמן רב לחשוב על אם הוא צריך לעשות מחקר שלו לציבור.

המילה "קווארק" (זה נשמע כמו זעקת הברווזים) נלקחת מתוך עבודותיו של ג'יימס ג'ויס. למרבה הפלא, אך החוקר האמריקאי שלח במאמרו בכתב העת המדעית האירופית היוקרתית Physics Letters, בגלל חשש רציני כי תיקון דומה של רמת המהדורה האמריקנית של Physical Review Letters לא יקבל אותו לפרסום. אגב, אם אתה רוצה לחפש לפחות עותק של המאמר - אתה לכוון כביש לאותו במוזיאון בברלין. קווארקים בהסבר שלו אינו זמין, אבל את הסיפור המלא של הגילוי שלהם (או ליתר דיוק, עדויות) הוא.

החל במהפכת קווארק

למען ההגינות יש לציין כי כמעט באותו זמן לאותה מחשבה הגיעו מדען CERN, Dzhordzh Tsveyg. ראשית, מורו ורבו היה בעצמו גל-מן, ואז ריצ'רד פיינמן. גם צווייג הגדיר את המציאות של פרמיונים, אשר היה אחראי שבר, אך קרא להם אסים. יתר על כן, פיזיקאי מוכשר גם נחשב בריונים כמו השלושה קווארקים, ומזונים - כשילוב של קווארק ו antiquark.

במילים פשוטות, תלמידו של מסקנות המורה שלו חזר במלואו, שלבד. עבודתו הופיעה אפילו כמה שבועות לפני פרסום מאן, אבל רק בתור מוסד "תוצרת בית". עם זאת, הוא הנוכחות של שתי יצירות עצמאיות שבהן הממצאים היו כמעט זהים, פעם שכנעו כמה אמונים למדענים התיאוריה המוצעת.

משלילה לבטוח

אבל חוקרים רבים לקחו תיאוריה זו אינה מיידית. כן, עיתונאים ותיאורטיקנים מהר התאהבו בה בהירות ופשטות, אבל פיסיקאים רציניים שקבלו אותו רק אחרי עוד 12 שנים. אתה לא צריך להאשים אותם שמרנות יתר. עובדת התאוריה המקורית של קוורקים בניגוד חריף לעיקרון הדרת הפאולים, אשר הזכירו בתחילת המאמר הזה. אם נניח כי הפרוטון מכיל זוג u-קוורקים D-קווארק בלבד, הראשון צריך להיות אך ורק באותו מצב הקוונטים. לדברי הפאולים, זה בלתי אפשרי.

זה היה אז ולא היה מספר קוונטים נוסף, כפי שבא לידי ביטוי בצבע (כפי שהזכרנו לעיל). יתר על כן, לא ברור כיצד קווארק בכלל חלקיקים יסודיים לתקשר אחד עם השני, למה לא לפגוש מינים שלהם בחינם. כל החידות הללו מאוד עזרו לפענח את תורת השדות מד, אשר "גרם לי לחשוב" רק בשנות ה -70 באמצע. בערך באותו הזמן, התיאוריה קווארק של הדרונים כלולים באופן טבעי זה.

אבל יותר מכל עכב את פיתוח התאוריה של העדר המוחלט של לפחות חלק מן הבדיקות ניסיון שתאשרנה הוא את הקיום ואת האינטראקציה בין קווארקים וחלקיקים אחרים. והם החלו בהדרגה להופיע רק בסוף שנות ה -60, כאשר ההתפתחות המהירה של הטכנולוגיה שאפשרה את החוויה של אלומות אלקטרונים "שידור" של פרוטונים. זהו חוויות אלה אפשרו להוכיח כי פרוטונים בתוך באמת "להסתיר" כמה חלקיקים, אשר נקרא במקור partons. לאחר מכן, עדיין משוכנע שזה דבר כמו קווארק נכון, אבל זה היה רק בסוף 1972.

אישור ניסיוני

כמובן, עבור אמונות קהילה מדעית הסופיות זה לקח נתוני ניסוי הרבה יותר. בשנת 1964, ג'יימס Bjorken ואת שלדון גלשו (חתן פרס נובל בעתיד, אגב) הציעו, כי ייתכנו מיני קווארק רביעי, אשר קראו קסום (מכושף).

זה בזכות השערה זו, מדענים 1970 הצליחו להסביר את מוזרויות רבות נצפו הדעיכה של קאונים נייטרלי טעונים. אחרי ארבע שנים, רק שתי קבוצות עצמאיות של פיסיקאי אמריקאי הצליחו לתקן את הדעיכה מסון, שכלל רק אחד קווארק "הקסים" ו antiquark שלה. אין זה פלא כי אירוע זה פעם לכינוי המהפכה בנובמבר. בפעם הראשונה התיאוריה קווארק היה יותר או אישור "ויזואלית" פחות.

החשיבות של פתיחת אמר לפחות את העובדה כי מנהל הפרויקט, סמואל טינג וברטון ריכטר, שנתיים מאוחר יותר קיבל את פרס הנובל שלו: אירוע משתקפת מאמרים רבים. עם כמה מהם אתה יכול למצוא את המקור, אם אתה מבקר במוזיאון בניו יורק של ההיסטוריה הטבעית. קווארקים, וכפי שכבר אמרנו - תגלית חשובה מאוד בעידן המודרני, ולכן תשומת הלב של הקהילה המדעית שילם להם מאוד.

יחס Ultima

רק ב 1976, החוקרים גילו חלקיק אחד עם קסם מאפס, D-מסון נייטרלי. זהו שילוב מורכב למדי של קווארק הקסים u-antiquark. הנה אפילו האויבים המושבעים של קיומם של הקווארקים נאלצו להודות באמיתות התאוריה, שתוארו לראשונה יותר משני עשורים לפני. אחד הפיזיקאים התיאורטיים המפורסמים ביותר, Dzhon אליס, כינתה את הקסם של "המנוף ששינה את העולם."

בקרוב, ברשימת התגליות החדשות נכנסה כמה קווארקים מסיביים מאוד, עליון ותחתון, אשר מסוגלים בקלות להתייחס עם אימצה כבר בעת ההזמנה של SU (3). בשנים האחרונות, מדענים אומרים כי יש מה שנקרא טטראקווארק כי ישנם מדענים לכינוי "מולקולות ההדרונים."

חלק מהממצאים והמסקנות

זה צריך להיות מובן כי פתיחת ההצדקה המדעית לקיומו של קווארקים, למעשה, אתה יכול להניח בבטחה כי המהפכה המדעית. זה יכול להיחשב תחילת 1947 (למעשה 1943), ועד הסוף אותו נופל על זיהוי הראשון של "מכושפים" ומזונים. מתברר כי משכו את התאריך האחרון של פתיחה ברמה כזו, לא פחות ולא יותר, רב ככל 29 שנים (או אפילו 32 שנים)! וכל הזמן הזה כבר בילה לא רק למען מציאת קווארק! גלואון פלזמה כמושא העיקרי ביקום, וסחף אחריו הרבה יותר תשומת לב המדענים.

עם זאת, יותר מורכבים זה הופך תחום הלימוד, ככל שנדרש כדי לבצע את התגליות החשובות באמת. וכפי שאנו דנים החלקיקים, את החשיבות של הגילוי הזה לא יכול לזלזל באף אחד. שבחן את המבנה של קוורקים, האדם יהיה מסוגל לחדור עמוק יותר אל תוך המסתורין של היקום. יתכן כי רק לאחר השלמת לימודיהם אנו יכולים ללמוד איך המפץ הגדול והיקום מתפתח בהתאם לחוקי מה. בכל מקרה, אפשר לפתוח אותם לשכנע פיזיקאים רבים כי המציאות סביבנו הרבה יותר קשה בעבר מופעים.

אז אתה יודע מה קווארק. חלקיק זה בזמנו עורר סנסציה בעולם המדעי, וחוקר היום קיווה סוף הסוף לחשוף את כל הסודות שלה.