Vysvětlíme, co jsou kvarky, jak byly objeveny a jaký je kvarkový model. Také další subatomární částice.
Kvarky jsou částice menší než neutrony a protony.Co jsou kvarky?
Kvarky nebo kvarky jsou typem subatomární částice elementární, který spadá do kategorie fermionya jejichž silné interakce tvoří hmota atomových jader. Jeho název pochází z románu Finnegan's Wake od irského autora Jamese Joyce.
Kvarky jsou částice, které protony Y neutrony jsou vyrobeny, stejně jako další typy drobných částic zvaných hadrony.
Tyto termíny mohou být matoucí, ale nemusíte jim rozumět na takové technické úrovni, abyste věděli, co je kvark: nejmenší částice v kvarku. hmota, které volně interagují se čtyřmi elementárními fyzikálními silami: Gravitační síla, elektromagnetická síla, silná jaderná síla a slabá jaderná síla.
Spolu s leptony jsou kvarky samotnými stavebními kameny hmoty. Stejně jako existuje hmota a antihmota, existují i kvarky a antikvarky.
Kromě toho existuje šest druhů nebo "příchutí" tvarohu. Všechny mezony a baryony hmoty, tedy více než 200 různých subatomárních částic, lze tedy postavit kombinací tří různých kvarků (nebo antikvarků) (baryonů), nebo kvark-antikvarků (mezonů), spojených silnými interakcemi. .
Objev kvarků
Po mnoho desetiletí se předpokládalo, že protony, neutrony a elektrony byly základními částicemi hmoty, to znamená, že nic menšího než ony nemohlo existovat.
Studium tzv. nukleonů (neutronů a protonů, obyvatelů jádra hl. atom) ukázal, že jejich velikost byla mnohem větší než velikost elektronů a že by se dalo předpokládat, že budou zase tvořeny něčím menším a jednodušším. Na tuto otázku přišli odpovědět kvarky.
Současně je v roce 1964 navrhli Murray Gell-Mann a George Zweig, i když zcela nezávisle. Tito vědci pozorovali potřebu existence kvarků díky povaze silné interakce mezi částicemi v atomovém jádru.
Kromě toho bylo mnoho jeho vlastností nevysvětlitelných, pokud tomu tak nebylo struktur uvnitř protonů a neutronů. Tedy existence tří menších částic, tzvquorks (následněkvarky, ačkoli Zweig původně navrhoval jménoesa nebo "esa"), která by měla aelektrický náboj 1/3 a 2/3 zatížení.
Tato hypotéza byla experimentálně testována v SLAC (Stanfordské centrum lineárního urychlovače nebo "Stanford Center for Linear Accelerator" v pozdějších letech. Experiment ale ukázal, že nebyly tři, ale šest částic, které by mohly tvořit protony a neutrony. Za tento objev získali Taylor, Kendall a Friedman v roce 1990 Nobelovu cenu za fyziku.
Quark model
Každý typ kvarku má specifické vlastnosti.V rámci standardního modelu hmoty, se kterým se dnes zabýváme, zaujímají kvarky nejjednodušší místo ve hmotě.
V závislosti na typu kvarků, které kombinujeme, můžeme získat různé typy částic, podle pravidla klasifikace hadronů (tzv. „kvarkový model“), které stanoví šest různých typů kvarků (resp. příchutě, "Příchutě"), z nichž každá je vybavena "kvantovým číslem", které definuje její elektrický náboj:
- Nahoře (nahoru). Obdařen isospinem +1/2 jako kvantovým číslem.
- Níže (dolů). Obdařený isospinem -1/2 jako kvantovým číslem.
- Kouzlo (kouzlo). Obdařen kouzlem +1 jako kvantovým číslem.
- Podivný (podivný). Obdařen zvláštností -1 jako kvantové číslo.
- Stop (horní) nebo pravda (pravda). Obdařen převahou (vrcholnost) +1.
- Dno (dno) nebo krása (krása). Obdařen méněcenností (dno) -1.
To vše může vypadat velmi zvláštně a zdát se jako něco z videohry, ale v rámci kvarkového modelu to dává smysl, pokud si myslíme, že se tyto drobné částice spojují v trojicích nebo triádách a vytvářejí různé typy větších subatomárních částic.
Když součet jejich nábojů dává celá čísla, tvoří hadrony.
K tomu je však třeba dodat, že kvarky mohou mít ještě tři další typy náboje, což je „barva“. Ve skutečnosti to není o barvě, ale to je název, který vědci dali této vlastnosti, která je typem afinity, zodpovědné za silnou jadernou přitažlivost (prostřednictvím další částice zvané „gluony“).
Tyto barvy mohou být modré, zelené nebo červené a to je to, co odlišuje například neutrony a protony od elektronů (částice leptonového typu), protože ty nejsou tvořeny kvarky a nepociťují silnou jadernou interakci, ale slabou. .
Podle tohoto modelu jsou základními částicemi hmoty kvarky a leptony.
Jiné subatomární částice
Další typy subatomárních částic jsou:
- Fermiony. Spolu s bosony jsou základními částicemi hmoty, vyznačující se tím, že mají poloceločíselný spin nebo moment hybnosti (1/2, 3/2 atd.). Existují pouze dva typy fermionů: kvarky a leptony.
- leptony Jsou typem fermionu, který je vybaven ½ spinem (buď + nebo -) a který na rozdíl od kvarků nezažívá silnou jadernou interakci hmoty. Existuje šest typů leptonů: elektrony, miony, taus, elektronová neutrina, mionová neutrina a tau neutrina. První tři mají elektrický náboj +1 nebo -1 a ostatní mají náboj 0.
- bosony. Spolu s fermiony jsou základními částicemi hmoty, vyznačující se tím, že mají celočíselný spin (0, 1, 2 atd.) a nevyhovují Pauliho vylučovacímu principu. Příklady bosonů jsou fotony, gluony nebo gravitony, tedy částice, které zahrnují známé síly.
- Mezony. Jsou to bosony, tedy hadrony s celočíselným spinem 0 nebo 1, které reagují na silnou jadernou interakci, jsou tedy tvořeny kvarky, podle stavu kvark-antikvark.
- Baryony Skládají se ze tří kvarků a jejich nejreprezentativnějšími příklady jsou neutron a proton, i když existují i jiné typy, extrémně nestabilní.