Quark - da partikula batena? Jakin zer osatzen quarkez da. Zer partikula quark bat baino txikiagoa?

Duela urtebete lehenago, Peter Higgs eta François Engler Nobel saria jaso zuten lanarengatik, partikula subatomikoen azterketarako. Barregarria dirudi, baina zientzialariek mende erdi bat egin zituzten aurkikuntzak, baina gaur egun ez dute garrantzi handirik eman.

1964an, talentu handiko bi fisikari ere aitzindariak izan ziren. Hasieran, ia arreta erakarri zuen. Arraroa da, hadronen egitura deskribatu baitzuen, eta hori gabe elkarrekintza interatomiko bakarra ez da posible. Quarken teoria zen.

Zer da?

Bide batez, zer da quark bat? Hau da hadronaren osagai garrantzitsuenetako bat. Oso garrantzitsua: Partikula honek "erdi" spin bat du, hain zuzen ere fermionoa izanik. Koloreen arabera (hau azpitik), quark karga protoiaren karga baten hirugarren edo bi herenekoa izan daiteke. Koloreei dagokienez, sei (quark generazioa) daude. Behar diren Pauli printzipioa ez da urratzen.

Oinarrizko informazioa

Hasronen egitura batean, partikula horiek distantzia ez dira konfinamenduaren balioa gainditzen. Hau azaltzen da: zabalera eremuaren bektoreak trukatzen dituzte, hau da, gluons. Zergatik da Quark hain garrantzitsua? Plasma gluonak (quarkak saturatuak) unibertso osoa berehala bang handiaren ondoren kokatzen den materia egoera da. Horrenbestez, quarken eta gluoen existentzia zuzeneko berrespena da.

Beren kolorea ere badute eta, beraz, mugimenduan kopia birtualak sortzen dituzte. Horrenbestez, quarken arteko distantzia handitzen denean, hauen arteko elkarrekintza indarra handitzen da. Ahal duzunez, gutxieneko distantziarekin, elkarrekintza ia desagertu egiten da (askatasun asintotikoa).

Horrela, hadronen arteko elkarrekintza sendoak quarken arteko gluoen trantsizioaren arabera azaltzen dira. Hasronen arteko elkarrekintzei buruz hitz egiten badugu, pionaren erresonantzia transferentziaz azaltzen dira. Besterik gabe jarri, zeharkakoan, dena berriro gluons truke murrizten.

Zenbat kuarkak nukleon daude?

Neutroi bakoitza d-quark pare bat da eta u-quark bakar bat ere badago. Proton bakoitzak, aldiz, d-quark bakarra eta u-quark pare bat osatzen dute. Bide batez, letrak zenbaki kuantikoen arabera kokatzen dira.

Esaguzu azaldu. Esate baterako, beta desintegrazioa beste nukleo batean quark bereko baten eraldaketaren bidez azaldu daiteke. Ulertu hobeto ulertzeko, prozesu honen forma honela idatz daiteke: d = u + w (hau neutroiaren desintegrazioa da). Horregatik, protoia formula apur bat desberdina da: u = d + w.

Bistan denez, azken prozesuak neutroi eta positroien etengabeko fluxua azaltzen du izar handien klusterretatik. Hortaz, Unibertsoaren eskalan quark bezalako partikula garrantzitsu batzuk daude: gluon plasma, dagoeneko esan dugun bezala, leherketa handi bat gertatu dela baieztatzen du eta partikulen ikerketek zientzialariek bizi gaituzten munduaren esentzia ezagutzeko aukera ematen die.

Zer da quark bat baino gutxiago?

Bide batez, zer dira quarkak? Haien osagaiak preonak dira. Partikula horiek oso txikiak eta gaizki ulertzen dira, beraz, gaur egun ere ez dira oso ezagunak. Quark bat baino gutxiago da.

Non etorri dira?

Orain arte, ohikoenak bi prezioak eratzeko hipotesiak dira: katearen teoria eta Bilson-Thompson teoria. Lehenengo kasuan, partikulen itxurak kateen oszilazioak azalduko ditu. Bigarren hipotesiak iradokitzen du bere itxura espazio eta denboraren egoera ilusioz eraginda dagoela.

Interesgarria da bigarren kasuan fenomeno hori guztiz deskribatu daiteke spin sarearen kurban zehar garraio paraleloaren matrizea erabiliz. Matrize honen propietateak eta aurrez zehaztutako prezioak. Hau da quarkak osatzen dutenak.

Emaitza batzuk laburbilduz, esan dezakegu quarks "kuantikoak" diren hadron konposizioak direla. Harrituta? Eta orain, quarken aurkikuntzari buruz hitz egin genuen. Istorio liluragarria da, eta, besteak beste, goian deskribatutako ñabardura batzuk erakusten ditu.

Partikula arraroak

Bigarren Mundu Gerraren amaieraren ondoren, zientzialariek partikula subatomikoen mundua aztertzen hasi ziren, ordura arte primitiboak primitiboak (ideia hauen arabera) antzematen zituena. Protoniak, neutroiak (nukleoak) eta elektroiak atomo bat osatzen dute. 1947an, aurkitu ziren pionoak (1935ean existentzia iragarri zuten), atomoen nukleoen nukleoen elkarrekiko erakarpenaren arduradunak. Garai hartan gertaera zientifiko bat baino gehiago eskaini zitzaion. Quarkak ez ziren oraindik irekiak, baina bere "traza" erasoa hurbiltzen ari zen.

Neutrinoek ez zuten garai hartan aurkitu. Baina atomoen beta desintegrazioa azaltzeko garrantzi nabaria zetzan zientzialariek beren existentziari buruzko zalantza gutxi izan zutela. Gainera, antzinako antipartikulak aurkitu dira edo aurreikusi dira. Pions desintegrazioan zehar sortu ziren muonekin bakarrik geratu zen argi eta garbi, neutrinoaren, elektroiaren edo positroiaren egoerara pasatu zen. Fisikariak ez zuen ulertzen zergatik tarteko geltokia behar den guztietan.

Ai, baina eredu sinple eta itxurazkoa ez zen pion aurkikuntzako momentuan bizirik iraun. 1947an Fisikari ingelesak, George Rochester eta Clifford Butler-ek, artikulu interesgarri bat argitaratu zuten Nature aldizkari zientifikoan. Materiala izpi kosmikoen azterketa zen hodei-ganberaren bidez, informazio bitxia jaso zutenean. Behaketa zehar egindako argazkietako batean, argi eta garbi ikusi genuen ibilaldi pare bat. Diskripzioa Latin V antza zuenez gero, argi zegoen berehala: partikula hauen arduraduna behin betiko desberdina da.

Zientzialariek berehala suposatu zuten ibilbideak partikula ezezagun batzuen desintegrazioa azaltzen dela, beste aztarren atzetik utzita. Kalkuluen arabera, bere masa 500 MeV ingurukoa da, hau da, elektroiaren balio hori baino askoz handiagoa. Jakina, ikertzaileek V-partikula bat aurkitu zuten. Hala ere, oraindik ez zen quark bat. Partikula hori oraindik ere ordua zain zegoen.

Dena hasten da

Aurkikuntza honetatik hasi zen guztia. 1949an, baldintza beretan, partikularen aztarnak aurkitu ziren, eta horrek hiru pitzatu zituen aldi berean. Laster aurkitu zuten, baita V-partikula ere, familiako ordezkari osoak lau partikulez osatuta zeudela. Ondoren, K-mesons (kaons) deitzen zaie.

Kasoi karratu pare bat 494 MeV-ko masa dute, eta karga neutro baten kasuan, 498 MeV. Bide batez, 1947an zientzialariek kaon positiboaren kolapsoaren kasu oso arraroa harrapatu zuten zortea izan zuten, baina une hartan ez zuten irudia modu egokian interpretatu. Hala eta guztiz ere, azkenean gertatu izan balitz, kaonaren lehen behaketa 1943an egin zen, baina horri buruzko informazioa gerraren hainbat argitalpen zientifiko askoren atzean geratu zen.

New bitxikeriak

Eta beste zientzialariek aurkikuntza are gehiago zain zeuden. 1950 eta 1951 urteetan, Manchester eta Melbourne unibertsitateetako ikertzaileek protoi eta neutroiek baino askoz ere astunagoak aurkitu zituzten. Berriro ere ez zuen kargurik izan, baina protoi eta peoniara erori zen. Azkenean, ulertu bezala, karga negatiboa izan zuen. Partikula berria Λ (lambda) hizkiarekin izendatu zuten.

Denbora gehiago igaro zen, galdera gehiago zientzialariek izan zuten. Arazoa zen partikula berriak interakzio atomiko indartsuetan soilik agertu zirela, protoi eta neutroi ezagunetan desegitea. Gainera, bikoteka beti agertu ziren, ez ziren inoiz agerpen bakarra izan. Hori dela eta, Estatu Batuetako eta Japoniako fisikako talde batek zenbaki kuantiko berri bat proposatu zuen bere deskribapenean: ezezaguna. Bere definizioaren arabera, beste partikula ezagun guztien izugarrikeriak zero izan zuen.

Ikerketa gehiago

Ikerketaren aurrerapauso bat gertatu zen hasron sistematizazio berri baten ondoren. Horren adierazgarriena Yuval Neaman israeldarra zen, militar zibil baten ibilbidea aldatu zuen zientzialariaren bide beretik.

Arretaz azpimarratu zuen garai hartan aurkitutako mesons eta barionoak desagertu egiten zirela, partikulen eta multipletoen multzo bat osatuz. Elkarte horietako kideek berdin-berdina izaten dute, baina kargu elektrikoen aurrean. Karga elektrikoen arteko nuklearraren arteko elkarrekintza nuklearrak oso indartsuak ez direnez gero, beste gauza guztietan, anplifikatutako partikulen bikiak bikiak dira.

Zientzialariek iradokitzen zuten simetria naturala mota horretako formazioen itxura arduratzen zela, eta laster aurkitu zuten. Uhin elektromagnetikoaren (SU) zatiketa orokor bat izan zen, mundu osoko zientzialariek zenbaki kuantikoak deskribatzeko erabiltzen zuten. Garai hartan bakarrik 23 alea zeuden ezagutzen ziren, 0, ½ edo unitate osoko berdina izan zedin, eta, beraz, ezin zen sailkapen hori erabili.

Ondorioz, sailkapen bi zenbaki kuantikoak erabili behar izan ditugu sailkapenean. Beraz, SU taldea (3) izan zen, zeina mende hasieran Eli Cartan matematikari frantsesak sortu zuen. Partikula bakoitzaren posizio sistemikoa zehazteko, zientzialariek ikerketa-programa bat garatu dute. Quarkek errazago sartzen zuen serie sistematikoa, espezialisten zuzentasun absolutua baieztatu baitzuen.

Zenbaki kuantiko berriak

Horrela, zientzialariek zenbaki kuantiko abstraktuak erabiltzearen ideia hurbildu zuten , hau da , hiperkarga eta isotopoaren bihurgune bihurtu zen. Hala eta guztiz ere, arrakastatsua izan arren, ezezaguna eta karga elektrikoa har ditzakezu. Eskema hau Eightfold Path izenekoa izan zen . Budismoarekin analogia bat da, non, nirvana iritsi aurretik, zortzi maila ere behar dituzu. Hala ere, hori guztia lyricsa da.

Neemannek eta bere lankideek, Gell-Mannek, 1961ean argitaratutako lanak argitaratu zituzten eta mesoi ezagunen kopurua ez zen zazpi baino gehiago. Baina lanean ikertzaileek zortzi mesoiaren existentziaren probabilitate handia aipatu zuten. 1961ean, bere teoria bikain baieztatu zen. Partikula aurkitu zen Meson hau deitzen zena (letra grekoa η).

Argitasunaren aurkikuntza eta esperimentazio gehiago baieztatu SU (3) sailkapen absolutua. Egoera hori pizgarri indartsua bihurtu da, eskuineko bidean aurkitzen diren ikertzaileentzat. Gell-Mann berak ere ez zuen zalantzan jartzen quarkak naturan existitu zirela. Bere teoriaren berrikuspenak ez ziren oso positiboak, baina zientzialariak ziur zeukan bere zuzentasunean.

Hemen daude quarkak!

Handik gutxira, artikulu hau "Barizela eta mesons eredu eskematikoa" argitaratu zen. Bertan, zientzialariek sistematizazioaren ideia garatu ahal izan zuten, hain erabilgarria izan zena. SU (3) guztiz onartzen dute Fermioneko hirurogeita hamar bideren existentzia, zeinaren karga elektrikoa 2/3 eta 1/3 eta -1/3 bitartekoa baita eta hogeita hamar bat partikulek ezezaguna den ezezagun batek bereizten du beti. Dagoeneko ezagutzen ditugunok, Gell-Mann-ek "elementu quark partikulak" deitu zien.

Karguen arabera, u, d eta s (ingelesezko hitzak gora, behera eta arraro gisa) izendatu zituen. Eskema berriaren arabera, hiru barrunbe bakoitza hiru kuotan sortzen da aldi berean. Mesons askoz errazagoak dira. Quark bat du (arau hau ezin da desmateriala) eta antiquark bat. Orduan, komunitate zientifikoa partzial hauen existentzia jakitun bihurtu zen, gure artikuluari eskainitakoa.

Atzeko planoa pixka bat gehiago

Artikulu hau, aurreko urteetako fisika garatzeko aurreikusitako neurri handi batean, nahiko atzeko planoa du. Gell-Mann-ek hogeita hamar urte hauetan argitaratu baino lehenago pentsatu zuen, baina ez zuen eztabaidarik egin inorekin. Izan ere, zentzugabekeriaz zatitutako partikulen existentziari buruzko bere hipotesiak. Hala eta guztiz ere, Robert Serber fisikari teoriko bikainarekin hitz egin ondoren, ikaskideek ondorio berak atera zituztela ikasi zuen.

Gainera, zientzialariek ondorio zuzena egin zuten: partikulen existentzia posiblea da soilik ez bada fermio askea, baina hadronen zati dira. Azken finean, kasu honetan, karguak osotasun bakar bat dira! Lehenengo Gell-Mann-ek txantiloiak deitu zituen eta MTIn ere aipatu zituen, baina ikasleen eta irakasleen erreakzioa oso txikia zen. Beraz, zientzialariek denbora luzez pentsatu zuten bere ikerketak publikoaren epaitegian hartu behar zuen ala ez.

"James" izeneko hitz bera (soinu hau ahatearen oihartzun antzekoa) James Joyce-ren obretatik hartua izan zen. Arraroa iruditzen bazaio ere, zientzialariek Amerikako Estatu Batuetako zientzia-aldizkari entzutetsuak argitaratu zituen artikulu hau, fisikako gutunen Europako zientzia aldizkari ospetsuari esker. Bide batez, gutxienez artikulu horren kopia bat ikusi nahi baduzu, Berlineko museo beraren bide zuzen bat duzu. Quarks bere erakusketan ez dago erabilgarri, baina aurkikuntza horren historia osoa (zehatzago, dokumentu froga) da.

Quark iraultzaren hasieran

Justiziarengatik, CERN-eko zientzialari George Zweig-ek zientzialari batek pentsatu zuen antzeko zerbait gertatu zen. Hasieran Gell-Mann bere burua zen Tutera, eta gero Richard Feynman. Zweigek fermioen existentzia errealitatea ere zehaztu zuen. Frakzio-karguak zeuzkaten, besterik ez ziren deitzen. Gainera, talentu handiko fisikariek ere balaonak jotzen dituzte quarken eta hirurogeita hamarreko hamarkadan, kuadraren eta antiquarkaren konbinazio gisa.

Besterik gabe jarri, ikaslea guztiz errepikatu zuen bere irakaslearen ondorioak, eta guztiz gainetik. Bere lana Mannen argitalpenaren aurretik argitaratu baino bi aste lehenago agertu zen, baina instituzioaren "etxeko prestakuntza" gisa soilik. Hala eta guztiz ere, bi lan independenteen presentzia izan zen, ia berdinak ziren ondorioak, eta berehala konbentzitu zien proposatutako teoriaren fideltasuna zientzialari batzuek.

Konfiantza ezeztatzea

Baina ikertzaile askok teoria hori onartu dute berehala berehala. Bai, kazetariek eta teorialariek maitasunez maitemindu ziren ikuspen eta sinpletasunagatik, baina fisikari larriak 12 urte igaro ondoren bakarrik onartu zuen. Ez errua gehiegizko kontserbadurismoarengatik. Hasieran, quark teoria Pauli printzipioarekin kontraesan zorrotzarekin lotu zen, artikuluaren hasieran aipatu genuenean. Suposatzen dugu protoiak u-quark pare bat eta d-quark bakar bat dituela, orduan lehenengoa zorrotz egon behar da egoera kuantiko berean. Pauli dioenez, hori ezinezkoa da.

Zenbaki kuantiko gehigarri bat agertu zen, kolore batez osatua (aurreko aipatu dugun bezala). Gainera, erabat ulertezina zen nola, oro har, elementu quarken partikulak elkarren artean elkarrekintzan aritzeko, zergatik ez baitira beren espezie askorik gertatzen. Misterio hauei guztiek "Gaizkiaren Eremuen Teoria" nabarmentzen lagundu zuten, 1970eko hamarkadaren erdialdean bakarrik "gogaituta". Aldi berean, hadronen teoriaren quark organismoan sartu zen.

Baina teoria garatzeko gehiengoa ez da nahikoa esperimentazio esperimentalen gutxienez falta, baieztapen bera eta elkarren arteko eta beste partikulen arteko quarken elkarrekintza baieztatzea baizik. Pixkanaka-pixkanaka, 60ko hamarkadaren amaieran soilik agertu ziren, teknologiaren garapen azkarrak "prosvetivaniyu" protoien elektroi-fluxua duen esperimentu bat egiteko aukera ematen zuenean. Prozesu horiek frogatu zuten partikula batzuek, hasiera batean izenekoak zirenak, protoiak barruan "ezkutatzen" zituztela frogatzeko. Ondoren, ordea, konbentzitu egin ginen quark benetakoa zela, baina ez zen 1972. urtera arte gertatu.

Berrespen esperimentala

Jakina, azken komunitate zientifikoa sinesmen datu askoz gehiago esperimental bat hartu zuen. 1964an, James Bjorken eta Sheldon Glashow (etorkizuneko Nobel saridun, bide batez) iradoki izan, ez dago ordea a quark laugarren espezie, eta horrek Charmed (Charmed) izeneko zuten daitezke.

Hipotesi honi esker, 1970ean zientzialari izan diren kaons neutral kobratuko desintegrazio ikusitako oddities asko azaldu ziren gai da. lau urte igaro ondoren, American fisikari-talde independente bi besterik meson gainbehera, eta horrek barne bakarrarekin "Charmed" quark eta bere antiquark konpondu ahal izan zuten. ez da harritzekoa gertaera hau behin bikoiztutako azaroaren Revolution da. Lehen aldiz quark teoria gehiago edo gutxiago "bisuala" berrespena izan zen.

inaugurazio garrantzia esan zuen gutxienez ere, proiektuaren kudeatzailea, Samuel Ting eta Burton Richter, bi urte geroago bere Nobel Saria jaso: ekitaldia da artikulu asko islatzen da. Horietako batzuk daiteke jatorrizkoa aurkitu duzu, bisitatzen duzun New York historia naturalaren museo bada. Quarks, eta esan bezala - aldiz modernoaren aurkikuntza oso garrantzitsua da, eta, beraz, arreta komunitate zientifikoa haiei ordaintzen asko ere.

ultima ratio

1976an bakarrik, ikertzaileek egin da ez-zero xarma partikula bat, neutral D-Meson aurkitu. Hau Charmed quark bat eta u-antiquark konbinazioa baizik konplexua da. Hemen, nahiz inveterate quark existentzia etsaiak behartu zituzten teoria egia aitortu, lehen deskribatu duela bi hamarkada baino gehiago. fisikari teoriko ospetsuenetako bat, Dzhon Ellis izeneko xarma "palanka munduko aldatu".

Handik gutxira, aurkikuntza berriak zerrendan sartu eta quark oso masiboa, goian eta behean, erraz dagoeneko SU (3) ordena unean hartutako batera erlazionatzeko gai dira pare bat. Azken urteotan, zientzialariek diotenez, ez dira deiturikoak Tetraquarks zientzialari batzuk bikoiztutako "hadron molekula".

aurkikuntzak eta ondorioak batzuk

ulertu behar da irekiera eta justifikazio zientifiko quark existentzia, izan ere, segurtasunez dezakezu bere gain iraultza zientifikoa. Jotzen daitezke 1947 hasieran (Izan 1943an), eta amaieran "Charmed" mesoiak lehen detektatzeko maiteminduko da. Bihurtzen da maila bat, hala nola irekiera azken data iraupena da, ez gehiago, ez gutxiago, urte bezain beste 29 (edo are 32 urte)! Eta denbora honetan guztian izan da igaro ez bakarrik quark bat aurkitzeko mesedetan! Gluon plasma unibertsoan lehen objektuaren bezain laster erakarri arreta askoz zientzialariek.

Hala ere, konplexuagoa ikasketa eremu bat bihurtzen da, luzeagoa aurkikuntza benetan garrantzitsuak aurrera eramateko hartzen du. Eta gu partikula eztabaidatzen ari den bezala, aurkikuntza horren garrantzia ezin da inor gutxietsi. quark egitura aztertzea, pertsona sakonago sartzen unibertsoaren misterioak sartu ahal izango da. Posible da hori bakarrik ondoren bere ikasketak ikas dezakegu osatzeko zenbat Big Bang eta unibertsoaren zer legeen arabera eboluzionatzen du. Edonola ere, posible da horiek irekitzeko fisikari asko konbentzitu inguruan dugun errealitatea dela askoz zailagoa emanaldiak iragan da.

Beraz, zer quark bat ezagutzen duzu. unean partikula honek sentsazio bat eragin mundu zientifikoan, eta gaur ikerlariak itxaropentsu daude, azkenik bere sekretu guztiak agerian.