Wyjaśniamy, czym są kwarki, jak zostały odkryte i czym jest model kwarków. Również inne cząstki subatomowe.
Kwarki to cząstki mniejsze niż neutrony i protony.Czym są kwarki?
Kwarki lub kwarki są rodzajem cząstka subatomowa elementarny, który należy do kategorii fermiony, i których silne interakcje składają się na materiał jąder atomowych. Jego nazwa pochodzi od powieści Finnegans wake autorstwa irlandzkiego autora Jamesa Joyce'a.
Kwarki są cząstkami, których protony Y neutrony są one wytwarzane, podobnie jak inne rodzaje drobnych cząstek zwanych hadronami.
Terminy te mogą być mylące, ale nie trzeba ich rozumieć na takich poziomach technicznych, aby wiedzieć, czym jest kwark: najmniejszymi cząstkami w kwarku. materiał, które swobodnie oddziałują z czterema żywiołowymi siłami fizycznymi: Siła grawitacji, siła elektromagnetyczna, silna siła jądrowa i słaba siła jądrowa.
Kwarki są, obok leptonów, budulcem materii. Tak jak jest materia i antymateria, są też kwarki i antykwarki.
Ponadto istnieje sześć rodzajów lub „smaków” twarogu. W ten sposób wszystkie mezony i bariony materii, czyli ponad 200 różnych cząstek subatomowych, można zbudować, łącząc trzy różne kwarki (lub antykwarki) (bariony) lub kwark-antykwark (mezony), połączone oddziaływaniami silnymi. .
Odkrycie kwarków
Przez wiele dziesięcioleci zakładano, że protony, neutrony i elektrony były podstawowymi cząsteczkami materii, to znaczy nic nie mogło istnieć od nich.
Jednak badania tzw. nukleonów (neutronów i protonów, mieszkańców jądra atom) wykazały, że ich rozmiar jest znacznie większy niż elektronów i można przypuszczać, że będą one z kolei zbudowane z czegoś mniejszego i prostszego. Kwarki przybyły, aby odpowiedzieć na to pytanie.
Jednocześnie zaproponowali je w 1964 roku Murray Gell-Mann i George Zweig, choć zupełnie niezależnie. Naukowcy ci zaobserwowali potrzebę istnienia kwarków ze względu na naturę silnego oddziaływania między cząstkami w jądrze atomowym.
Co więcej, wiele jego właściwości było niewytłumaczalnych, chyba że istniały… Struktury wewnętrzne wewnętrzne protony i neutrony. Zatem istnienie trzech mniejszych cząstek, zwanychkworki (następniekwarki, chociaż początkowo Zweig zaproponował nazwęasy lub „asy”), które miałybyładunek elektryczny 1/3 i 2/3 obciążenia.
Ta hipoteza została przetestowana eksperymentalnie w SLAC (Centrum akceleratorów liniowych Stanford lub „Centrum Stanforda dla Akceleratora Liniowego” w późniejszych latach. Eksperyment wykazał jednak, że nie trzy, ale sześć cząstek może tworzyć protony i neutrony. Za to odkrycie Taylor, Kendall i Friedman zdobyli w 1990 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Model kwarka
Każdy rodzaj twarogu ma specyficzne cechy.W standardowym modelu materii, którym się dzisiaj zajmujemy, kwarki zajmują najprostsze miejsce w materii.
W zależności od rodzaju łączonych kwarków możemy otrzymać różne typy cząstek, zgodnie z zasadą klasyfikacji hadronów (tzw. „model kwarków”), która ustala sześć różnych typów kwarków (lub smaki, „Flavors”), każdy wyposażony w „liczbę kwantową”, która określa jego ładunek elektryczny:
- Nad (w górę). Obdarzony izospinem +1/2 jako liczbą kwantową.
- Poniżej (w dół). Wyposażony w izospin -1/2 jako liczbę kwantową.
- Czar (czar). Obdarzony urokiem +1 jako liczba kwantowa.
- Dziwny (dziwny). Obdarzony dziwnością -1 jako liczba kwantowa.
- Zatrzymać (szczyt) lub prawda (prawda). Obdarzony wyższością (wysokość) +1.
- Spód (spód) lub piękno (piękno). Obdarzony niższością (dno) -1.
Wszystko to może wyglądać bardzo dziwnie i wyglądać jak coś z gry wideo, ale ma to sens w modelu kwarkowym, jeśli pomyślimy, że te małe cząstki łączą się w trójki lub triady, tworząc różne typy większych cząstek subatomowych.
Gdy suma ich ładunków daje liczby całkowite, tworzą hadrony.
Do tego należy jednak dodać, że kwarki mogą mieć jeszcze trzy rodzaje ładunku, którym jest „kolor”. Nie chodzi jednak tak naprawdę o kolor, ale taką nazwę naukowcy nadali tej właściwości, która jest rodzajem powinowactwa, odpowiedzialnego za silne przyciąganie jądrowe (poprzez jeszcze jedną cząsteczkę zwaną „gluonami”).
Kolory te mogą być niebieskie, zielone lub czerwone i to właśnie odróżnia np. neutrony i protony od elektronów (cząstek typu leptonowego), ponieważ te ostatnie nie są zbudowane z kwarków i nie odczuwają silnego oddziaływania jądrowego, ale słabe .
Zgodnie z tym modelem podstawowymi cząstkami materii są kwarki i leptony.
Inne cząstki subatomowe
Inne rodzaje cząstek subatomowych to:
- Fermiony. Razem z bozonami są podstawowymi cząstkami materii, charakteryzującymi się półcałkowitym spinem lub momentem pędu (1/2, 3/2 itd.). Istnieją tylko dwa rodzaje fermionów: kwarki i leptony.
- Leptony Są rodzajem fermionów, obdarzonych ½ spinem (albo + lub -) i które nie doświadczają, w przeciwieństwie do kwarków, silnego oddziaływania jądrowego materii. Istnieje sześć rodzajów leptonów: elektrony, miony, taus, neutrina elektronowe, neutrina mionowe i neutrina taonowe. Pierwsze trzy mają ładunek elektryczny +1 lub -1, a pozostałe mają ładunek 0.
- Bozony. Razem z fermionami są podstawowymi cząsteczkami materii, charakteryzującymi się spinem całkowitym (0, 1, 2 itd.) i nie spełniają zasady wykluczenia Pauliego. Przykładami bozonów są fotony, gluony lub grawitony, czyli cząstki, w których działają znane siły.
- Mezony. Są to bozony, czyli hadrony o spinie całkowitym 0 lub 1, które reagują na silne oddziaływanie jądrowe, więc są zbudowane z kwarków, zgodnie ze stanem kwark-antykwark.
- Bariony Składają się z trzech kwarków, a ich najbardziej reprezentatywnymi przykładami są neutron i proton, choć istnieją też inne typy, niezwykle niestabilne.