كوارك - هو أن من الجسيمات؟ معرفة ما يتكون ذلك من الكواركات. ما الجسيمات أصغر من الكوارك؟

قبل عام واحد فقط، وفاز بيتر هيغز وفرانسوا إنغلر على جائزة نوبل لعمله، والتي خصصت لدراسة الجسيمات تحت الذرية. قد يبدو هذا سخيفا، ولكن جعلت اكتشافاته العلماء منذ نصف قرن، ولكن حتى يومنا هذا أنها لم تعط الرغم من صفقة كبيرة قليلا.

في عام 1964، يقوم اثنان الفيزيائي أكثر الموهوبين أيضا مع نظريته الرائدة. في البداية، وقالت انها اجتذبت أيضا تقريبا أي اهتمام. انها غريبة، لأنه وصف هيكل الهادرونات، التي لا غنى عنها لأي تفاعل واحد interatomic قوي. وكانت هذه هي نظرية الكواركات.

ما هو؟

بالمناسبة، ما هو الكوارك؟ هذا هو واحد من أهم مكونات هادرون. مهم! هذا الجسيم لديه "نصف" تدور، ويجري في الواقع فرميون. اعتمادا على لون (انظر أدناه) تهمة كوارك قد يكون مساويا لثلثي الثالثة أو من تهمة بروتون. أما بالنسبة للألوان، التي يوجد منها ستة (جيل من الكواركات). وهي ضرورية لكي لا تنتهك مبدأ باولي.

معلومات أساسية

وكجزء من هذه الجسيمات الهادرونات هي على مسافة لا تتجاوز قيمة الحبس. والسبب بسيط: يتبادلون مجال قياس ناقلات، وهذا هو، وغلوونس. لماذا هو الكوارك مهم جدا؟ غلوون البلازما (الكواركات المشبعة) - حالة من النظر فيها كل الكون مباشرة بعد الانفجار الكبير. وبناء على ذلك، فإن وجود الكواركات وغلوونس - تأكيدا مباشرا أنه كان في الواقع.

لديهم أيضا لونها الخاص، ولكن بسبب حركة إنشاء نسخ الافتراضية. وفقا لذلك، عندما تكون المسافة بين القوة كوارك بينهما يزداد بشكل كبير. كما يمكن للمرء أن يتصور، مع مسافة لا تقل عن التفاعل عمليا يختفي (حرية مقارب).

وهكذا، أي التفاعل القوي في الهادرونات بسبب انتقال غلوونس بين الكواركات. إذا كنا نتحدث عن التفاعلات بين الهادرونات، يشرحون نقل الرنين بي-الميزون. ببساطة، كل غير مباشر انخفاض مرة أخرى لتبادل غلوونس.

كيف كوارك جزء من نويات؟

ويتكون كل النيوترون من زوج من د-الكواركات وtazhe واحد ش-كوارك. كل بروتون العكس من ذلك، - من زوج واحد د-ش-الكواركات الكواركات. بالمناسبة تحدث، ويتم وضعها الحروف تبعا لأعداد الكم.

دعونا شرح. على سبيل المثال، أوضح بيتا تسوس تماما التحول من واحد من نفس النوع من كوارك في تكوين النيوكليون إلى آخر. يجب أن يفهم على نحو أفضل كصيغة هذه العملية يمكن كتابة مثل هذا: د = ش + ث (هذا الاضمحلال النيوترون). وفقا لذلك، يتم كتابة بروتون صيغة مختلفة قليلا: ش = D + ث.

وبالمناسبة، فإن العملية الأخيرة يفسره وجود تدفق مستمر من النيوترونات والبوزيترونات من مجموعات رئيسية نجوم. وبالتالي فإن حجم الكون أقل قليلا الجسيمات المهم، وهو بلازما كوارك-غلوون، كما سبق أن قلنا، يؤكد الانفجار الكبير، ودراسة هذه الجسيمات تسمح للعلماء لفهم أفضل لجوهر العالم الذي نعيش فيه.

مع أقل من الكوارك؟

بالمناسبة، ما يتكون ذلك من الكواركات؟ فهي جزء لا يتجزأ preons. هذه الجسيمات صغيرة جدا وغير مفهومة تماما، ذلك أنه حتى اليوم هي معروفة وليس ذلك بكثير. هنا هو الكواركات أصغر.

أين أتوا؟

اليوم، الشكل الأكثر شيوعا preons فرضيتين: نظرية الأوتار ونظرية بيلسون طومسون. في الحالة الأولى، وقوع بيانات الجسيمات وأوضح التذبذب السلسلة. وتشير الفرضية الثانية أن مظهرهم يكون سببها الحالة المثارة من المكان والزمان.

ومن المثير للاهتمام أنه في الحالة الثانية فمن الممكن لوصف هذه الظاهرة، وذلك باستخدام مصفوفة النقل المتوازي على طول منحنيات الشبكة زيادة ونقصان. خصائص هذه المصفوفة نفسها وتحدد تلك preons. هذا ما يتكون ذلك من الكواركات.

وتلخيصا، يمكن القول أن الكواركات - وهو نوع من "الكميات" في تكوين الهادرونات. أعجب؟ والآن سوف نتحدث عن كيفية القيام به هو فتح كوارك. هذه هي قصة مثيرة للغاية، من بين أمور أخرى، ويكشف بشكل كامل بعض التفاصيل المذكورة أعلاه.

جسيمات غريبة

مباشرة بعد نهاية الحرب العالمية الثانية، وقد بدأ العلماء العمل بنشاط على استكشاف العالم من الجسيمات دون الذرية، والذي كان يبدو حتى الآن أن مجرد بدائية (للعرض). وتشكل البروتونات والنيوترونات (نويات) الذرة والالكترونات. في عام 1947 قام بفتح الفاوانيا (وتوقع وجودها في عام 1935)، الذين كانوا مسؤولين عن الجذب المتبادل بين نويات في نواة الذرات. لا خصص هذا الحدث المعرض العلمي في وقته. كانت الكواركات لم مفتوحة، ولكن وقت وقوع الهجوم على هم "البصمة" وتقترب.

لم يتم اكتشافها النيوترونات في ذلك الوقت. ولكن أهمية واضحة لشرح اضمحلال بيتا من ذرات كانت كبيرة لدرجة أن العلماء لديهم شك في وجودها. وبالإضافة إلى ذلك، وبالفعل كشف أو التنبؤ بعض الجسيمات المضادة. ظلت الأوضاع غير واضحة إلا مع ميونات التي تتشكل أثناء اضمحلال البيونات وبعد ذلك الانتقال إلى النيوترونات، والإلكترون أو البوزيترون. لم علماء الفيزياء لا يفهم لماذا أحتاج إلى هذه المحطة الوسيطة.

للأسف، هذا نموذج بسيط وبسيط جدا نجا لفترة وجيزة من افتتاح البيونات. في عام 1947، وهما الفيزيائي الإنكليزي Dzhordzh روتشستر وكليفورد بتلر، نشرت مقالة غريبة في المجلة العلمية الطبيعة. عملت كمادة للدراسة بها من الأشعة الكونية من خلال غرفة سحابة خلالها أنهم تلقوا معلومات prelyubopytny. على واحدة من الصور التي يتم التقاطها أثناء المراقبة، كان واضحة للعيان اثنين من المسارات مع أصل مشترك. لأن الفرق كان مثل V اللاتينية، ثم أصبح واضحا - من المسؤول عن هذه الجسيمات مختلفة بالتأكيد.

العلماء كان يعتقد سابقا أن هذه المسارات تشير إلى حقيقة انهيار بعض الجسيمات المجهول الذي لا يترك وراء المسارات الأخرى. وأظهرت الحسابات أن كتلته - حوالي 500 إلكترون فولت، والتي هي أكبر بكثير من هذه القيمة لالإلكترون. وبطبيعة الحال، وقد سميت الباحثون في أول V-الجسيمات. ومع ذلك، لم يكن هذا الكوارك. هذه الجسيمات ما زالت تنتظر في الأجنحة.

مجرد بداية

مع هذا الاكتشاف، بدأ كل شيء. في عام 1949، في ظل نفس الظروف تم العثور على مسار الجسيمات، التي أدت إلى البيونات ثلاثة فقط. وسرعان ما اتضح أنها، فضلا عن V-بت - تماما مختلف أفراد الأسرة المكونة من أربعة جزيئات. وفي وقت لاحق كانت تسمى K-ميزون (kaons).

زوج من kaons اتهم لديهم الشامل 494 إلكترون فولت، وفي حالة متعادلة الشحنة - 498 إلكترون فولت. بالمناسبة، في عام 1947، وكان العلماء الحظ لالتقاط مجرد نفس حالة نادرة جدا من كاون إيجابي يضمحل، ولكن في ذلك الوقت كانت مجرد ليست قادرة على تفسير الصورة بشكل صحيح. ومع ذلك، لكي نكون منصفين تماما، هو في الواقع تم الملاحظة الأولى من كاون مرة أخرى في عام 1943، ولكن المعلومات حول هذا الموضوع فقد تقريبا على خلفية العديد من المنشورات العلمية ما بعد الحرب.

الشذوذ جديدة

ثم انتظر العلماء لمزيد من الاكتشافات. في عام 1950 وعام 1951، تمكن الباحثون من جامعتي مانشستر وMelnburskogo العثور على جسيمات أثقل بكثير من البروتونات والنيوترونات. وقالت انها مرة أخرى بدون أي رسوم، ولكن يتحلل إلى بروتون والبيون. هذا الأخير، كما يمكنك أن تقول، كان له شحنة سالبة. والجسيمات جديد يرمز له بالحرف Λ (لامدا).

لمزيد من الوقت مرت، تنشأ المزيد من الأسئلة من العلماء. والمشكلة هي أن جزيئات جديدة يتم إنتاجها حصرا التفاعلات النووية القوية، وكسر بسرعة إلى أسفل لتشكيل البروتونات والنيوترونات. وبالإضافة إلى ذلك، تظهر دائما في أزواج، لم يفعل المظاهر واحدة. هذا هو السبب اقترحت مجموعة من علماء الفيزياء من الولايات المتحدة واليابان، لاستخدامها في وصفهم لعدد الكم جديد - غرائب. وفقا لتعريفها، غرابة من جميع الجزيئات الأخرى المعروفة صفر.

مزيد من البحوث

حدث اختراق في الدراسات البحثية إلا بعد ظهور تنظيم جديد من الهادرونات. وكان شخصية بارزة في هذا يوفال نئمان الإسرائيلي، الذي غير حياته العسكرية البارزة إلى أن تكون بارعا في العلوم.

وأشار إلى أن مفتوحة في الوقت الذي الميزونات والباريونات الاضمحلال، وتشكيل مجموعة من multiplets الجسيمات ذات الصلة. تمتلك أعضاء كل هذه الغرابة جمعية الشحنات الكهربائية متطابقة تماما، ولكن عكس ذلك. لذلك كيف يمكن التفاعل النووي القوي من الشحنات الكهربائية لا تعتمد، في كل ما تبقى من multiplets الجسيمات تبدو التوائم الكمال.

وقد اقترح العلماء أن وقوع مثل هذه التشكيلات يلتقي معين التناظر الطبيعي، وسرعان ما تمكنوا من العثور عليها. وكان التعميم بسيط من مجموعة تدور SU (2)، والذي يستخدم العلماء في جميع أنحاء العالم لوصف أعداد الكم. هذا فقط في ذلك الوقت كان معروفا بالفعل 23 الهادرونات، وكانت ظهورهم يساوي 0، ½ أو وحدة كاملة، وذلك باستخدام كان هذا التصنيف غير ممكن.

ونتيجة لذلك، كان لا بد من استخدامها لتصنيف مرة واحدة رقمين الكم، وبالتالي توسع كبير في التصنيف. وكان هناك مجموعة من SU (3)، وهو في بداية القرن من قبل عالم الرياضيات الفرنسي إيلي كارتان. لتحديد موقف التصنيفي للكل الجسيمات في ذلك، تم تطوير برنامج بحثي من قبل العلماء. كوارك دخلت بعد ذلك بسهولة إلى سلسلة منتظمة، مما يؤكد صواب مطلق الخبراء.

عدد الكم جديد

لذا فقد توصل العلماء إلى فكرة استخدام مجردة أعداد الكم، التي تصبح فرط الشحنة وتدور النظائر. ومع ذلك، مع نفس النجاح فمن الممكن أن تأخذ الغرابة والشحنة الكهربائية. تمت تسمية هذا المخطط تقليديا الثماني مسار. يتم التقاط هذا التشبيه مع البوذية، حيث لتحقيق السكينة تحتاج أيضا لتمرير المستويات ثمانية. ومع ذلك، كل هذه كلمات.

نئمان عمله وزميله جيلمان، التي نشرت في عام 1961، وعدد من الميزونات المعروفة آنذاك لم يتجاوز سبعة. ولكن في ورقتهم، كان الباحثون لا يخشى أن نذكر احتمال كبير لوجود الميزون الثامن. أيضا في عام 1961، نظريتهم أكدت ببراعة. العثور على جسيمات تسمى الميزون ايتا (الرسالة η اليوناني).

مزيد من الاكتشافات والتجارب أكدت ببراعة من صحة تصنيف المطلق (3) SU. وأصبح هذا حافزا قويا للباحثين الذين وجدوا أنهم على الطريق الصحيح. كان حتى جيلمان لا شك في حقيقة أن في الطبيعة هناك الكواركات. وكانت التعليقات من نظرياته يست إيجابية للغاية، ولكن العلماء مقتنعا بأنه كان على حق.

هنا والكواركات!

بعد وقت قصير من مادة "نموذج تخطيطي لبايرون وميزون". في ذلك، وكانوا قادرين على مواصلة تطوير فكرة المنهجي، الذي أثبت العلماء مفيدة جدا. ووجد الباحثون أن SU (3) ويفترض تماما وجود الفرميونات ثلاثة توائم بأكملها، الشحنة الكهربائية يختلف من 2/3 إلى 1/3 و1/3، حيث في الثلاثي جسيم واحد هو دائما مختلفة غرابة غير صفرية. بالفعل معروفة لنا دعا جيلمان لهم "الجسيمات الأولية الكواركات."

ووفقا لهذه الاتهامات، وقال انه وصفت لهم كما ش، د والصورة (من الكلمات الإنجليزية إلى أعلى أو أسفل وغريبة). وفقا للنظام الجديد، كل شكلتها ثلاثة كوارك باريون. يتم ترتيب ميزون أسهل بكثير. أنها تحتوي على كوارك واحد (هذه القاعدة الثابتة) وantiquark. فقط بعد أن أصبح المجتمع العلمي على علم بوجود هذه الجسيمات، التي هي موضوع مقالنا.

المزيد التاريخ قليلا

هذه المادة التي تحدد إلى حد كبير في تطوير الفيزياء في السنوات المقبلة، لديها تاريخ مثير للاهتمام إلى حد ما. يعتقد جيلمان من وجود مثل هذه ثلاثة توائم قبل فترة طويلة من نشره، ولكن لا أحد لمناقشة الافتراضات التي بنيت عليها. حقيقة أن توليه وجود الجسيمات التي لها تهمة كسور، يشبه رطانة. ومع ذلك، وبعد محادثة مع الفيزياء النظرية روبرت سيربر الرائع الذي علم أن زميله قد فعلت بالضبط نفس النتائج.

وبالإضافة إلى ذلك، أدلى عالم الاستنتاج الوحيد الصحيح أن وجود مثل هذه الجسيمات لا يمكن تحقيقه إلا إذا لم تكن الفرميونات الحرة، والتي هي جزء من الهادرونات. في الواقع، في هذه الحالة، يتم دمج التهم الموجهة إليهم! أول من دعا للجيلمان لهم kvorkami وحتى ذكرها في MTI، ولكن كان رد فعل الطلاب والمعلمين جدا على مستوى منخفض. هذا هو السبب في عالم لفترة طويلة التفكير حول ما إذا كان ينبغي أن أبحاثه للجمهور.

وقد اتخذ كلمة "كوارك" (وهذا يبدو وكأنه صراخ البط) من أعمال جيمس جويس. ومن الغريب، ولكن الباحث الأمريكي أرسل مقالته في مجلة علمية مرموقة الأوروبية رسائل الفيزياء، لأن يخشى جديا أن مراجعة مماثل لمستوى الطبعة الأمريكية من استعراض للحروف البدنية لن يقبل للنشر. وبالمناسبة، إذا كنت ترغب في البحث عن نسخة على الأقل من هذه المادة - لكم مباشرة الطريق إلى نفس متحف برلين. الكواركات في تعرضه ليست متاحة، ولكن القصة الكاملة لاكتشافهم (أو بالأحرى، أدلة وثائقية) هو.

بداية الثورة كوارك

في نزاهة تجدر الإشارة إلى أن ما يقرب من في نفس الوقت إلى نفس الفكر جاء من CERN عالم، Dzhordzh Tsveyg. أولا، كان معلمه نفسه جيلمان، ثم ريتشارد فاينمان. أيضا يعرف تسفايغ واقع الفرميونات، مما كان له تهمة كسور، لكنه دعا لهم ارسالا ساحقا. وعلاوة على ذلك، يعتبر الفيزيائي الموهوبين أيضا الباريونات كما الكواركات الثلاثة، والميزونات - كما مزيج من كوارك وantiquark.

وببساطة، فإن التلميذ من أستاذه استنتاجات كرر تماما، وبصرف النظر تماما عن ذلك. وقد ظهر عمله حتى بضعة أسابيع قبل نشر مان، ولكن فقط كمؤسسة "محلية الصنع". ومع ذلك، فإنه هو وجود عملين المستقلة التي كانت النتائج متطابقة تقريبا، مرة واحدة على قناعة بعض العلماء الولاء للنظرية المقترحة.

من رفض للثقة

ولكن العديد من الباحثين وقد اتخذت هذه النظرية ليست على الفور. نعم، والصحفيين والمنظرين بسرعة وقعت في الحب معها من أجل الوضوح والبساطة، ولكن قبلت الفيزياء جدية إلا بعد ما دام 12 عاما. يجب أن لا نلومهم على المحافظة المفرطة. والحقيقة أن النظرية الأصلية من الكواركات في تناقض حاد مع مبدأ استبعاد باولي، والتي ذكرنا في بداية هذه المقالة. وإذا افترضنا أن البروتون يحتوي على زوج من ش الكواركات والوحيد د-كوارك، يجب أن تكون أول بدقة في نفس الحالة الكمومية. وفقا لباولي، وهذا أمر مستحيل.

ثم كان وكان هناك عدد كمي إضافي، معبرا عنه كنسبة اللون (كما ذكرنا أعلاه). وعلاوة على ذلك، فإنه من غير الواضح كيف كوارك عام تتفاعل الجسيمات الأولية مع بعضها البعض، لماذا لا يجتمع الأنواع فراغهم. ساعدت كل هذه الأسرار إلى حد كبير كشف نظرية الحقل قياس، والتي "جلبت إلى الذهن" فقط في 70s المتوسطة. وفي الوقت نفسه، فإن نظرية الكوارك من الهادرونات طبيعي المدرجة في ذلك.

ولكن الأهم من ذلك كله أعاق تطور نظرية غياب كامل على الأقل بعض الاختبارات التجريبية التي من شأنها أن تؤكد على حد سواء وجود والتفاعل بين الكواركات وجسيمات أخرى. وبدأوا تدريجيا في الظهور إلا في نهاية من 60s، عندما التطور السريع للتكنولوجيا سمحت لتجربة "انتقال" الحزم الإلكترونية من البروتونات. ومن سمحت هذه التجارب لإثبات أن البروتونات داخل حقا "الاختباء" بعض الجسيمات، التي كانت تسمى في الأصل partons. وفي وقت لاحق، لا يزال مقتنع أنه لا شيء مثل كوارك صحيح، ولكنه كان فقط في أواخر عام 1972.

تأكيدا التجريبية

وبطبيعة الحال، لمعتقدات المجتمع العلمي النهائية استغرق الأمر المزيد من البيانات التجريبية من ذلك بكثير. في عام 1964، اقترح جيمس بيوركن وشيلدون غلاشو (الحائز على جائزة نوبل في المستقبل، بالمناسبة)، على الرغم من قد يكون هناك نوع كوارك الرابعة، وهو ما يسمى مسحور (مسحور).

هو، كان بفضل هذه الفرضية العلماء في عام 1970 قادرة على شرح العديد من الشذوذ التي لوحظت في اضمحلال kaons محايدة المشحونة. بعد أربع سنوات، كان اثنان فقط مجموعة مستقلة من علماء الفيزياء الأمريكي قادرة على إصلاح تسوس الميزون، التي شملت فقط "سحر" كوارك واحد وantiquark لها. فليس من المستغرب أن هذا الحدث مرة واحدة يطلق عليها اسم ثورة نوفمبر. لأول مرة كانت نظرية الكوارك أكثر أو أقل "البصري" تأكيد.

وقالت أهمية افتتاح ما لا يقل عن حقيقة أن مدير المشروع، صموئيل تينغ وبيرتون ريختر، تلقى بعد ذلك بعامين جائزة نوبل: ينعكس حدث في العديد من المقالات. مع بعضها يمكن أن تجد في النص الأصلي، إذا قمت بزيارة متحف نيويورك للتاريخ الطبيعي. الكواركات، وكما سبق أن قلنا - اكتشاف مهم جدا في العصر الحديث، وبالتالي على اهتمام المجتمع العلمي تدفع لهم كثيرا.

أخير

فقط في عام 1976، قام الباحثون تجد الجسيمات واحدة مع سحر غير صفرية، محايد D-الميزون. هذا هو مزيج معقد بدلا من كوارك سحر وش-antiquark. هنا أجبر حتى أعداء الراسخة وجود الكواركات أن نعترف حقيقة نظرية، وصفت لأول مرة منذ أكثر من عقدين من الزمن. دعا أحد علماء الفيزياء النظرية الأكثر شهرة، دزون إليس، سحر "الرافعة التي غيرت وجه العالم."

قريبا، قائمة الاكتشافات الجديدة جاءت في واثنين من الكواركات ضخمة جدا، أعلى وأسفل، والتي هي قادرة على التواصل مع بالفعل اعتمدت في وقت الطلب من SU (3) بسهولة. في السنوات الأخيرة، ويقول العلماء أن هناك ما يسمى تترا كوارك أن بعض العلماء قد يطلق عليها اسم "جزيئات هادرون".

بعض النتائج والاستنتاجات

ينبغي أن يكون مفهوما أن افتتاح ومبرر علمي على وجود الكواركات، في الواقع، يمكنك أن تفترض بأمان أن الثورة العلمية. ويمكن اعتباره بداية من عام 1947 (في الواقع 1943)، ونهاية ذلك يقع على الكشف الأول من ميزون "مسحور". اتضح أن مدة آخر موعد لافتتاح مثل هذا المستوى هو، لا أكثر ولا أقل، ما لا يقل عن 29 سنوات (أو حتى 32 سنة)! وقد أمضى كل هذا الوقت ليس فقط من أجل العثور على كوارك! غلوون البلازما ككائن الأساسي في الكون سرعان ما اجتذب أكثر بكثير من الاهتمام للعلماء.

ومع ذلك، فإن أكثر تعقيدا يصبح مجال الدراسة، وتعد ما يلزم لتنفيذ الاكتشافات الهامة حقا. وكما أننا نناقش الجسيمات، وأهمية هذا الاكتشاف لا يمكن أن نقلل من أي شخص. دراسة هيكل الكواركات، فإن الشخص يكون قادرا على اختراق أعمق في أسرار الكون. ومن الممكن أن يكون إلا بعد إكمال دراستهم يمكننا أن نتعلم كيفية تطور الانفجار الكبير والكون وفقا لما القوانين. في أي حال، فمن الممكن لفتحها لإقناع العديد من الفيزيائيين أن الواقع من حولنا هو أكثر صعوبة الماضي العروض.

حتى تعرف ما هو الكوارك. هذا الجسيم في الوقت تسبب في ضجة كبيرة في الأوساط العلمية في العالم، والباحثين اليوم ويأمل أخيرا تكشف عن أسرارها.