Εξηγούμε τι είναι τα κουάρκ, πώς ανακαλύφθηκαν και ποιο είναι το μοντέλο των κουάρκ. Επίσης, άλλα υποατομικά σωματίδια.
Τα κουάρκ είναι σωματίδια μικρότερα από τα νετρόνια και τα πρωτόνια.Τι είναι τα κουάρκ;
Τα κουάρκ ή κουάρκ είναι ένας τύπος υποατομικό σωματίδιο στοιχειώδες, το οποίο εμπίπτει στην κατηγορία των φερμιόνια, και των οποίων οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις αποτελούν το ύλη των ατομικών πυρήνων. Το όνομά του προέρχεται από το μυθιστόρημα Το ξύπνημα του Finnegan του Ιρλανδού συγγραφέα Τζέιμς Τζόις.
Τα κουάρκ είναι τα σωματίδια των οποίων πρωτόνια Υ νετρόνια κατασκευάζονται, καθώς και άλλα είδη μικροσκοπικών σωματιδίων που ονομάζονται αδρόνια.
Αυτοί οι όροι μπορεί να προκαλούν σύγχυση, αλλά δεν χρειάζεται να τους κατανοήσετε σε τέτοια τεχνικά επίπεδα για να μάθετε τι είναι ένα κουάρκ: τα πιο μικροσκοπικά σωματίδια στο κουάρκ. ύλη, που αλληλεπιδρούν ελεύθερα με τις τέσσερις στοιχειώδεις φυσικές δυνάμεις: Βαρυτική δύναμη, ηλεκτρομαγνητική δύναμη, ισχυρή πυρηνική δύναμη και ασθενής πυρηνική δύναμη.
Μαζί με τα λεπτόνια, τα κουάρκ είναι τα ίδια τα δομικά στοιχεία της ύλης. Όπως ακριβώς υπάρχει ύλη και αντιύλη, υπάρχουν επίσης κουάρκ και αντικουάρκ.
Επιπλέον, υπάρχουν έξι τύποι ή «γεύσεις» κουάρκ. Έτσι, όλα τα μεσόνια και τα βαρυόνια της ύλης, δηλαδή περισσότερα από 200 διαφορετικά υποατομικά σωματίδια, μπορούν να κατασκευαστούν συνδυάζοντας τρία διαφορετικά κουάρκ (ή αντικουάρκ) (βαρυόνια) ή ένα κουάρκ-αντικουάρκ (μεσόνια), ενωμένα με ισχυρές αλληλεπιδράσεις. .
Ανακάλυψη κουάρκ
Για πολλές δεκαετίες υποτίθεται ότι τα πρωτόνια, τα νετρόνια και ηλεκτρόνια ήταν τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης, δηλαδή τίποτα δεν μπορούσε να υπάρξει μικρότερο από αυτά.
Ωστόσο, η μελέτη των λεγόμενων νουκλεονίων (νετρόνια και πρωτόνια, κάτοικοι του πυρήνα του άτομο) έδειξε ότι το μέγεθός τους ήταν πολύ μεγαλύτερο από αυτό των ηλεκτρονίων και ότι θα μπορούσε να υποτεθεί ότι με τη σειρά τους θα αποτελούνταν από κάτι μικρότερο και απλούστερο. Τα κουάρκ ήρθαν να απαντήσουν σε αυτή την ερώτηση.
Ταυτόχρονα, προτάθηκαν το 1964 από τους Murray Gell-Mann και George Zweig, αν και εντελώς ανεξάρτητα. Αυτοί οι επιστήμονες παρατήρησαν την ανάγκη ύπαρξης κουάρκ λόγω της φύσης της ισχυρής αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων στον ατομικό πυρήνα.
Επιπλέον, πολλές από τις ιδιότητές του ήταν ανεξήγητες εκτός και αν υπήρχε δομές εσωτερικά πρωτόνια και νετρόνια. Έτσι, η ύπαρξη τριών μικρότερων σωματιδίων, που ονομάζονταικουόρκ (ακολούθωςκουάρκ, αν και ο Τσβάιχ αρχικά πρότεινε το όνομαάσους ή «άσοι»), που θα είχαν αηλεκτρικό φορτίο 1/3 και 2/3 φορτίο.
Αυτή η υπόθεση δοκιμάστηκε πειραματικά στο SLAC (Stanford Linear Accelerator Center ή «Stanford Center for Linear Accelerator» στα μετέπειτα χρόνια. Αλλά το πείραμα επισήμανε ότι δεν υπήρχαν τρία αλλά έξι σωματίδια που θα μπορούσαν να συνθέσουν πρωτόνια και νετρόνια. Για αυτήν την ανακάλυψη, οι Taylor, Kendall και Friedman κέρδισαν το Νόμπελ Φυσικής το 1990.
Μοντέλο Κουάρκ
Κάθε τύπος κουάρκ έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά.Μέσα στο τυπικό μοντέλο ύλης που χειριζόμαστε σήμερα, τα κουάρκ καταλαμβάνουν την απλούστερη θέση στην ύλη.
Ανάλογα με τον τύπο των κουάρκ που συνδυάζουμε, μπορούμε να λάβουμε διαφορετικούς τύπους σωματιδίων, σύμφωνα με τον κανόνα ταξινόμησης αδρονίων (το λεγόμενο «μοντέλο κουάρκ»), ο οποίος καθιερώνει έξι διαφορετικούς τύπους κουάρκ (ή γεύσεις, "Γεύσεις"), το καθένα προικισμένο με έναν "κβαντικό αριθμό" που καθορίζει το ηλεκτρικό του φορτίο:
- παραπάνω (πάνω). Προικισμένο με ισοσπίνη +1/2 ως κβαντικό αριθμό.
- Παρακάτω (κάτω). Προικισμένο με ισοσπίνη -1/2 ως κβαντικό αριθμό.
- Γούρι (γοητεία). Προικισμένο με ένα γούρι +1 ως κβαντικός αριθμός.
- παράξενο (παράξενος). Προικισμένο με μια παραξενιά -1 ως κβαντικός αριθμός.
- Να σταματήσει (μπλουζα) ή αλήθεια (αλήθεια). Προικισμένος με υπεροχή (κορυφαιότητα) +1.
- Κάτω μέρος (κάτω μέρος) ή ομορφιά (ομορφιά). Προικισμένος με κατωτερότητα (πυθμένα) -1.
Όλα αυτά μπορεί να φαίνονται πολύ περίεργα και να φαίνονται σαν κάτι από βιντεοπαιχνίδι, αλλά είναι λογικό στο μοντέλο κουάρκ, αν σκεφτούμε ότι αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια ενώνονται σε τρίδυμα ή τριάδες για να σχηματίσουν διαφορετικούς τύπους μεγαλύτερων υποατομικών σωματιδίων.
Όταν το άθροισμα των φορτίων τους δίνει ακέραιους αριθμούς, σχηματίζουν αδρόνια.
Σε αυτό πρέπει να προστεθεί, ωστόσο, ότι τα κουάρκ μπορούν να έχουν τρεις ακόμη τύπους φορτίου, που είναι το «χρώμα". Ωστόσο, δεν πρόκειται πραγματικά για το χρώμα, αλλά αυτό είναι το όνομα που έδωσαν οι επιστήμονες σε αυτήν την ιδιότητα που είναι ένας τύπος συγγένειας, υπεύθυνος για την ισχυρή πυρηνική έλξη (μέσω ενός ακόμη σωματιδίου που ονομάζεται «γκλουόνια»).
Αυτά τα χρώματα μπορεί να είναι μπλε, πράσινο ή κόκκινο και είναι αυτό που διακρίνει, για παράδειγμα, τα νετρόνια και τα πρωτόνια από τα ηλεκτρόνια (σωματίδια τύπου λεπτονίου), καθώς τα τελευταία δεν αποτελούνται από κουάρκ και δεν αισθάνονται την ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση αλλά τα αδύναμα .
Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης είναι τα κουάρκ και τα λεπτόνια.
Άλλα υποατομικά σωματίδια
Άλλοι τύποι υποατομικών σωματιδίων είναι:
- Φερμιόνες. Μαζί με τα μποζόνια, είναι τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης, που χαρακτηρίζονται από ημιακέραιο σπιν ή γωνιακή ορμή (1/2, 3/2 κ.λπ.). Υπάρχουν μόνο δύο τύποι φερμιονίων: τα κουάρκ και τα λεπτόνια.
- Λεπτόνια Είναι ένας τύπος φερμιονίου, προικισμένος με ½ σπιν (είτε + είτε -) και δεν βιώνει, σε αντίθεση με τα κουάρκ, την ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση της ύλης. Υπάρχουν έξι τύποι λεπτονίων: ηλεκτρόνια, μιόνια, ταύς, νετρίνα ηλεκτρονίων, νετρίνα μιονίων και ταυ νετρίνα. Τα τρία πρώτα έχουν ηλεκτρικό φορτίο +1 ή -1 και τα υπόλοιπα έχουν 0 φορτίο.
- Μποζόνια. Μαζί με τα φερμιόνια, είναι τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης, που χαρακτηρίζονται από ακέραιο σπιν (0, 1, 2 κ.λπ.) και δεν συμμορφώνονται με την αρχή του αποκλεισμού Pauli. Παραδείγματα μποζονίων είναι τα φωτόνια, τα γκλουόνια ή τα γκραβιτόνια, δηλαδή σωματίδια που εμπλέκουν γνωστές δυνάμεις.
- Μεσονες. Είναι μποζόνια, δηλαδή αδρόνια ακέραιου σπιν 0 ή 1, που ανταποκρίνονται στην ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση, άρα αποτελούνται από κουάρκ, σύμφωνα με την κατάσταση κουάρκ-αντικουάρκ.
- Βαρυόνια Αποτελούνται από τρία κουάρκ και τα πιο αντιπροσωπευτικά τους παραδείγματα είναι το νετρόνιο και το πρωτόνιο, αν και υπάρχουν και άλλοι τύποι, εξαιρετικά ασταθείς.