kun et år siden, Peter Higgs, François Englert og modtog Nobelprisen for sit arbejde, som var afsat til studiet af subatomare partikler.Dette kan synes absurd, men deres opdagelser forskere har lavet et halvt århundrede siden, men den dag i dag de ikke gav dog lidt sag.
I 1964, to talentfulde fysik også spillet med sin banebrydende teori.Ved første, hun også tiltrukket megen opmærksomhed.Det er mærkeligt, fordi hun beskrev strukturen af hadroner, som er uundværlige for nogen stærk interatomare interaktion.Det var teorien om kvarker.
Hvad er det?
Af den måde, hvad er en kvark?Dette er en af de vigtigste komponenter i Hadron.Vigtigt!Denne partikel har en "halv" spin faktisk at være en fermion.Afhængigt af farven (se nedenfor) kvark ladning kan være lig med en tredjedel eller to tredjedele af proton ladning.Som for farver, de nummer seks (generation af kvarker).De er nødvendige for ikke at krænke princippet om Pauli.
Basics
Som en del af hadroner, disse partikler er i en afstand, der ikke overstiger værdien af indespærring.Grunden er enkel: de udveksler vektorer gauge felt, dvs. gluoner.Hvorfor er det så vigtigt, kvark?Gluon plasma (mættet kvarker) - en tilstand af stof, hvor hele universet var lige efter Big Bang.I overensstemmelse hermed eksistensen af kvarker og gluoner - en direkte bekræftelse af, at det var virkelig.
De har også en anden farve, men på grund af bevægelsen at skabe deres virtuelle kopier.Følgelig når afstanden mellem kvarker kraft mellem dem øges betydeligt.Som du kan gætte, med en afstand af mindst interaktion praktisk forsvinder (asymptotisk frihed).
Således enhver stærkt samspil i hadroner skyldes overgang gluoner mellem kvarker.Hvis vi taler om samspillet mellem hadroner, er de forklares med overførslen af pi-meson resonans.Kort sagt, alt indirekte igen reduceret til udveksling af gluoner.
Hvordan kvark del af nukleon?
Hver neutron består af et par d-kvarker, og nøjagtig samme enkelt U-kvark.Hver proton, tværtimod - fra en enkelt d-kvark og et par U-kvark.Af den måde taler, er bogstaverne placeret afhængigt af kvantetal.
forklare.For eksempel er beta henfald forklares ved bare det samme transformation af en af samme type som en del af nucleon kvark i en anden.For at blive bedre forstås som en formel denne proces kan skrives på denne måde: d = u + w (en neutron henfald).Følgelig er proton skrevet lidt anderledes formel: u = d + w.
øvrigt, er denne sidstnævnte proces forklares ved en stadig strøm af neutrinoer og positroner i de store stjernehobe.Så omfanget af universet er så vigtige små partikler, som er en kvark-gluon plasma, som vi allerede har sagt, bekræfter big bang, og studiet af disse partikler tillader forskerne at lære mere om essensen af den verden, vi lever i.
Med mindre end en kvark?
Af den måde, hvad det består af kvarker?De er en del preons.Disse partikler er meget små og dårligt forstået, så selv i dag er kendt ikke så meget.Der er mindre end en kvark.
Hvor kom de fra?
dag, den mest almindelige form preons to hypoteser: string teori og teorien om Bilson-Thompson.I det første tilfælde er forekomsten af partiklerne forklaret string svingning.Den anden hypotese antyder, at deres udseende skyldes en exciteret tilstand af tid og rum.
interessant, at i det andet tilfælde er det muligt at beskrive fænomenet ved hjælp af en matrix af parallel transport langs kurver af spin netværket.Egenskaberne af matricen selv, og til at afgøre eventuelle preons.Det er, hvad der udgør de kvarker.
Opsummerende kan vi sige, at kvarkerne - en slags "kvanter" som en del af hadroner.Imponeret?Og nu vil vi tale om, hvordan du gør var åben for kvark.Dette er en meget spændende historie, som blandt andet, fuldt afsløre nogle detaljer, der er beskrevet ovenfor.
Strange partikler
Umiddelbart efter afslutningen af Anden Verdenskrig, forskerne begyndte at aktivt at udforske verden af subatomare partikler, der indtil da syntes at bare primitiv (for visning).Protoner, neutroner (nukleoner) og elektronerne dannede atom.I 1947 åbnede han pæoner (og forudsagde deres eksistens i 1935), der var ansvarlige for den gensidige tiltrækning af nukleoner i kernen af atomer.Denne begivenhed blev i sin tid blev brugt ikke én videnskabelig udstilling.Kvarker endnu ikke var åbne, men tidspunktet for angrebet på deres "fodspor" var at komme tættere.
Neutrinoer dengang endnu ikke var blevet opdaget.Men deres blotte betydning at forklare betahenfald af atomer var så stor, at forskerne har lidt i tvivl om deres eksistens.Derudover allerede detektere eller forudsige nogle antipartikler.Når situationen var uklar med muoner, som er dannet ved nedbrydning af pioner og senere gik ind i staten af neutrinoer, elektron eller positron.Fysikere forstår ikke, hvorfor skal jeg bruge denne mellemstation.
Ak, så enkel og uhøjtidelige model meget kort overlevede åbningen af pioner.I 1947, to britiske fysiker, George Rochester og Clifford Butler, offentliggjorde en nysgerrig artikel i det videnskabelige tidsskrift Nature.Materialet til det var studiet af kosmiske stråler gennem skyen kammer, hvor de fik meget nysgerrig oplysninger.På et af billederne erobrede under observation, var det tydeligt for et par numre med en fælles oprindelse.Da forskellen var som et latinsk V, derefter blev det klart - opladning disse partikler er absolut forskellige.
Forskere engang antaget, at disse spor tyder det faktum af sammenbruddet af nogle ukendte partikel, der ikke er efterladt andre spor.Beregninger viste, at dens vægt - omkring 500 MeV, som er meget større end denne værdi for elektronen.Selvfølgelig har forskere ved navn opdagelse V-partikel deres.Dette var imidlertid ikke kvark.Denne partikel var stadig venter i kulissen.
Alt er lige begyndt
Med denne opdagelse begyndte det.I 1949 er det under de samme betingelser blev fundet spor partikler, der gav anledning til straks at tre pioner.Det blev hurtigt klart, at hun, ligesom og V-partikel - totalt forskellige medlemmer af familien, der består af fire partikler.Senere blev de kaldt K mesoner (kaons).
Couple opkrævet kaons have en masse 494 MeV, og i tilfælde af neutral ladning - 498 MeV.I øvrigt, i 1947, forskere heldige nok til at fange bare det samme meget sjældne tilfælde af en positiv Kaon forfald, men på det tidspunkt, de var bare ikke er i stand til korrekt at fortolke billedet., At være helt fair, det er i virkeligheden den første observation af Kaon blev lavet tilbage i 1943, men oplysninger om det næsten var tabt på baggrund af de mange efterkrigstidens videnskabelige publikationer.
Ny fremmedhed
Og så forskerne ventede flere opdagelser.I 1950 og 1951 forskere fra universiteterne i Manchester og Melnburskogo lykkedes at finde en partikel er meget tungere end protoner og neutroner.Igen, hun havde ingen afgift, men henfalder til en proton og en pion.Sidstnævnte, som kan forstås, har en negativ ladning.Ny partikel betegnet med bogstavet Λ (lambda).
Jo mere tid der går, jo mere opstår spørgsmålet videnskabsfolk.Problemet var, at de nye partikler alene produceres i stærke nukleare interaktioner, hurtigt bryder sammen til dannelse af protoner og neutroner.Derudover de altid forekommer i par, enkelt manifestation aldrig.Og så en gruppe af fysikere fra USA og Japan foreslog at bruge i deres beskrivelse af et nyt kvantetal - mærkeligt.Ifølge deres definition, det mærkværdige af alle andre kendte partikler var nul.
Yderligere forskning
gennembrud indtraf først efter undersøgelserne af en ny systematisering af hadroner.En fremtrædende skikkelse i den israelske Yuval Ne'eman blev der ændrede den udestående militære karriere ved en lige så strålende form af en videnskabsmand.
Han bemærkede, at den åbne på det tidspunkt, mesoner og baryoner falder, danner en klynge af relaterede partikel multipletter.Medlemmerne af hver af disse foreninger har nøjagtig samme strangeness, men modsatte elektriske ladninger.Så hvordan har den stærke kernekraft vekselvirkning mellem elektriske ladninger afhænger ikke på alle, i alt andet partikler af en multiplet ser perfekte tvillinger.
Forskere har foreslået, at forekomsten af disse naturlige formationer opfylder visse symmetri, og snart var de i stand til at finde hende.Hun var en simpel generalisering af spin-gruppe SU (2), som forskere rundt om i verden bruger til at beskrive de kvantetal.Det er bare på det tidspunkt allerede var kendt Hadron 23, og ryggen var lig med 0, ½ eller en hel enhed, derfor bruge en klassificering ikke mulig.
Som et resultat, vi måtte bruge for klassificering blot to kvantetal, skyldes som klassificeringen har udvidet betydeligt.Så der var en gruppe af SU (3), som i begyndelsen af dette århundrede har skabt en fransk matematiker Elie Cartan.For at bestemme den taksonomiske position i det for hver partikel, forskerne udviklet et forskningsprogram.Quark derefter nemt indgået en systematisk række, som bekræftede den absolutte rigtigheden af specialister.
ny kvantetal
Så forskerne er kommet til tanken om at bruge abstrakte kvantetal, som er blevet hyper- og isotopiske spin.Men med den samme succes kan tage mærkelig og elektrisk ladning.Denne ordning er foreløbigt navngivet Ottefoldige Vej.Dette er fanget analogi med buddhismen, hvor indtil Nirvana også nødt til at gå gennem otte niveauer.Men al denne poesi.
Ne'eman hans værk og hans kollega, Gell-Mann, udgivet i 1961, og mængden af de dengang kendte mesoner oversteg ikke syv.Men i deres papir, har forskerne ikke med at nævne den høje sandsynlighed for eksistensen af den ottende meson.Også i 1961 deres teori glimrende bekræftet.Fandt denne partikel kaldet mesoner (græsk bogstav r |).
Yderligere opdagelser og eksperimenter glimrende bekræftede den absolutte rigtigheden af klassificeringen af SU (3).Dette blev et stærkt incitament til at forskere, der har fundet, at der er på rette spor.Selv Gell-Mann havde nogen tvivl om, at i naturen er der kvarker.Anmeldelser af hans teorier ikke var meget positive, men den videnskabsmand var sikker på, at han havde ret.
Her og kvarker!
snart offentliggjort en artikel "En skematisk model af baryoner og mesoner."I det, forskerne var i stand til at videreudvikle ideen om organisering, som var så hjælpsomme.De fandt, at SU (3) let indrømmer eksistensen af hele tripletter af fermioner, den elektriske ladning, der spænder fra 2/3 til 1/3 og 1/3, og i triplet en partikel er altid forskellige ikke-nul strangeness.Allerede kendte Gell-Mann, vi kaldte dem "elementære partikler kvarker."
Ifølge anklagerne, mærket han dem som u, d og s (fra de engelske ord op, ned og mærkelig).Under den nye ordning, hver baryon dannet af tre kvarker.Mesoner er anbragt meget lettere.De indeholder en kvark (denne regel er fast) og en antikvark.Først efter, at det videnskabelige samfund er blevet bekendt med eksistensen af disse partikler, som er dedikeret til vores artikel.
Lidt historie
Denne artikel, der er stort set bestemt af udviklingen af fysikkens i de kommende år, har en temmelig interessant historie.Gell-Mann tænkte på eksistensen af sådanne trillinger længe før offentliggørelsen, men ingen til at diskutere deres antagelser.Det faktum, at hans antagelser om eksistensen af partikler, der har fraktioneret opkræves en så ud som vrangforestillinger.Efter en samtale med en enestående teoretisk fysiker Robert Serber lærte han dog, at hans kollega gjorde præcis de samme konklusioner.
Desuden videnskabsmand gjorde det eneste rigtige konklusion, at eksistensen af sådanne partikler er kun muligt, hvis de ikke er frie fermioner, som en del af hadroner.Ja, i dette tilfælde er deres gebyrer integreret!Først Gell-Mann kaldte dem kvorkami selv nævnt dem i MTI, men reaktionen af elever og lærere var meget afdæmpet.Så en videnskabsmand i lang tid på at tænke over, om han skulle gøre sin forskning til offentligheden.
ordet "quark" (denne lyd ligesom skrig ænderne) blev taget fra værker af James Joyce.Mærkeligt nok, men den amerikanske videnskabsmand har lagt en artikel i det ansete europæiske videnskabelige tidsskrift Physics Letters, fordi alvorligt frygtede, at en lignende revision i form af den amerikanske udgave af Physical Review Letters ikke vil acceptere det til offentliggørelse.Af den måde, hvis du ønsker at se i det mindste en kopi af artiklen - du direkte vej til det samme Berlins museum.Kvarker i hans fremstilling ikke er tilgængelig, men den fulde historie om deres opdagelse (eller rettere, dokumentation) er.
Hjem kvark revolution
rimeligt at sige, at næsten samtidig til den samme tanke kom fra CERN videnskabsmand, George Zweig.I første omgang hans mentor selv var Gell-Mann, og derefter Richard Feynman.Zweig definerede også virkeligheden i fermioner, som havde brøkdele afgifter, men kaldte dem esser.Desuden er en talentfuld fysiker, også betragtes som de tre kvark baryoner og mesoner - som en kombination af en kvark og en antikvark.
Kort sagt, er den studerende fuldt gentaget konklusionerne af sin lærer, og helt adskilt fra det.Hans arbejde har optrådt selv et par uger før offentliggørelsen af Mann, men kun som en "hjemmelavet" Institut.Men det er tilstedeværelsen af to uafhængige aviser, hvis konklusioner var næsten identiske, når overbevist nogle forskere troskab til den foreslåede teori.
Fra afvisning til at stole
Men mange forskere har taget denne teori er ikke rigtigt.Ja, journalister og teoretikere hurtigt blev forelsket i hende for klarhed og enkelhed, men alvorlige fysik tog det først efter så længe som 12 år.Du skal ikke bebrejde dem for overdreven konservatisme.Det faktum, at den oprindelige teori om kvarker i skarp kontrast til Pauli princippet, som vi nævnte i starten af denne artikel.Hvis vi antager, at proton indeholdt et par U-kvarker og en d-kvark, skal den første være strengt i samme kvantetilstand.Ifølge Pauli er det umuligt.
Det var dengang, og der var en ekstra kvantetal, udtrykt som en farve (som vi nævnte ovenfor).Desuden er det uklart, hvordan alle elementære partikler kvarker interagerer med hinanden, hvorfor så ikke møde dem fri sorter.Alle disse i høj grad hjulpet opklare mysterier gauge feltteori, som "bragt til at tænke på" kun i midten af 70'erne.Omkring samme tid, kvark teorien om hadroner økologisk indarbejdet i det.
Men stærkest hæmmet udviklingen af teorien om den fuldstændige mangel på i det mindste nogle af de eksperimentelle forsøg, der ville bekræfte eksistensen af både, og samspillet mellem kvarker og andre partikler.Men de efterhånden begyndte at dukke op først i slutningen af 60'erne, da den hurtige udvikling af teknologi tilladt for oplevelsen af en "transmission" elektron bjælker af protoner.Det er disse erfaringer har lov til at bevise, at indvendige protoner virkelig "skjule" nogle partikler, som oprindeligt blev kaldt partons.Senere stadig overbevist om, at det er ikke noget som en sand kvark, men det var først i slutningen af 1972.
Eksperimentel bekræftelse
Selvfølgelig den endelige domfældelse af det videnskabelige samfund tog et langt mere eksperimentelle data.I 1964, har James Sheldon Glashow og Bjorken (kommende nobelpristager, ved den måde) foreslået, selv om der kan være et fjerde art af kvark, som de kaldte en charmeret (charmed).
Det er takket være denne hypotese, forskere i 1970 var i stand til at forklare mange mærkværdigheder, der er blevet observeret i henfald af neutrale kaons opkrævet.Fire år senere, blot to uafhængige gruppe af amerikanske fysikere var i stand til at løse meson forfald, som omfattede kun én "charmeret" kvark og dens antikvark.Det er ikke overraskende, at denne begivenhed engang døbt i november revolution.Teorien om kvarker få mere eller mindre "visuel" bekræftelse.
om vigtigheden af åbningen af det mindst det faktum, at projektlederen, Samuel Ting og Burton Richter, to år senere modtog en Nobelpris: En hændelse er afspejlet i mange artikler.
