Il ya un an, Peter Higgs, François Englert et ont reçu le prix Nobel pour son travail, qui a été consacrée à l'étude des particules subatomiques.Cela peut sembler absurde, mais leurs découvertes scientifiques ont fait il ya un demi-siècle, mais à ce jour ils ne donnaient pas si un peu de matière.
En 1964, deux talentueux physique a également joué avec sa théorie révolutionnaire.Dans un premier temps, elle a également attiré peu d'attention.Il est étrange, parce qu'elle décrit la structure des hadrons, qui sont indispensables pour une forte interaction interatomique.Ce fut la théorie des quarks.
Quel est-il?
Par ailleurs, ce qui est un quark?Ceci est l'une des principales composantes de la hadrons.Important!Cette particule a un spin "la moitié", étant en fait un fermion.Selon la couleur (voir ci-dessous) chargé de quark peut être égale à un tiers ou deux tiers de la charge du proton.Quant aux couleurs, elles sont au nombre de six (génération de quarks).Ils sont nécessaires afin de ne pas violer le principe de Pauli.
Basics
Dans le cadre de hadrons, ces particules sont à une distance ne dépassant pas la valeur de l'accouchement.La raison est simple: ils échangent champ des vecteurs de jauge, à savoir les gluons.Pourquoi est-il si important quark?Gluon plasma (quarks saturé) - un état de la matière dans lequel tout l'univers était juste après le Big Bang.En conséquence, l'existence de quarks et de gluons - une confirmation directe qui il était vraiment.
Ils ont également une couleur différente, mais en raison du mouvement pour créer leurs copies virtuelles.En conséquence, lorsque la distance entre la force de quarks entre eux augmente de manière significative.Comme vous pouvez le deviner, avec une distance minimale d'interaction disparaît pratiquement (liberté asymptotique).
Ainsi, toute interaction forte dans hadrons est due à la transition de gluons entre quarks.Si nous parlons de interactions entre hadrons, elles sont expliquées par le transfert de la résonance pi-mésons.Autrement dit, tous indirectement à nouveau réduite à l'échange de gluons.
Comment d'une partie des quarks du nucléon?
Chaque neutron se compose d'une paire de d-quarks, et même unique u-quark exacte.Chaque proton, au contraire - à partir d'une unique d-quark et une paire de quark u.Par la façon de parler, les lettres sont placées en fonction des nombres quantiques.
expliquer.Par exemple, la désintégration bêta est expliquée par la même chose transformation d'un du même type dans le cadre du quark nucléon dans un autre.Pour être mieux compris comme une formule de ce processus peut être écrit de cette façon: D = u + w (une décroissance de neutrons).En conséquence, le proton est écrit formule légèrement différente: u = D + w.
Incidemment, ce dernier processus est expliqué par un flux régulier de neutrinos et des positrons des grands amas d'étoiles.Donc l'échelle de l'univers est peu particules si important, qui est un plasma quark-gluon, comme nous l'avons déjà dit, confirme le big bang, et l'étude de ces particules permet aux scientifiques d'en apprendre davantage sur l'essence du monde dans lequel nous vivons.
Avec moins d'un quark?
Par ailleurs, en quoi il consiste quarks?Ils font partie intégrante preons.Ces particules sont très petites et mal compris, de sorte que même aujourd'hui, ils sont connus pas tellement.Cela représente moins de un quark.
Où sont-ils venus?
Aujourd'hui, la forme la plus commune preons deux hypothèses: la théorie des cordes et la théorie de Bilson-Thompson.Dans le premier cas, l'apparition des particules est expliqué chaîne oscillation.La deuxième hypothèse suggère que leur apparence est due à un état excité de l'espace et du temps.
intéressant de noter que dans le second cas il est possible de décrire le phénomène, en utilisant une matrice de transport parallèle le long des courbes du réseau de spin.Les propriétés de la matrice elle-même, et à déterminer des preons.Voilà ce qui constitue les quarks.
résumer, on peut dire que les quarks - une sorte de «quanta» dans le cadre de hadrons.Impressionné?Et maintenant, nous allons parler de la façon de faire a été ouverte le quark.Ceci est une histoire très passionnante qui, entre autres choses, entièrement divulgué quelques détails décrits ci-dessus.
étrange particules
Immédiatement après la fin de la Seconde Guerre mondiale, les scientifiques ont commencé à explorer activement le monde des particules subatomiques, qui jusque-là semblaient juste primitive (pour la vue).Protons, neutrons (les nucléons) et les électrons formés atome.En 1947, il a ouvert pivoines (et prédit leur existence en 1935), qui étaient responsables de l'attraction mutuelle des nucléons dans le noyau des atomes.Cet événement a été en son temps a été consacrée non pas un exposition scientifique.Quarks étaient pas encore ouvert, mais le moment de l'attaque sur leur «empreinte» se rapprochait.
neutrinos au moment n'a pas encore été découvert.Mais leur importance même d'expliquer la désintégration bêta d'atomes était si grande que les scientifiques ont peu doutent de leur existence.En outre, déjà de détecter ou de prédire certains antiparticules.Une fois que la situation était difficile à muons, qui sont formés par la désintégration des pions et plus tard passé à l'état de neutrinos, électrons ou positrons.Les physiciens ne comprennent pas, pourquoi ai-je besoin de cette station intermédiaire.
Hélas, modèle de manière simple et sans prétention survécu très brièvement l'ouverture des pions.En 1947, deux physicien britannique, George Rochester et Clifford Butler, a publié un curieux article dans le magazine scientifique Nature.Le matériau car il était l'étude des rayons cosmiques à travers la chambre de nuage, dans lequel ils ont obtenu des informations très curieux.Sur l'une des photos prises lors de l'observation, il était clairement visible un couple de pistes avec une origine commune.Puisque la différence était comme un latin V, puis il est devenu clair - la charge de ces particules sont certainement différent.
scientifiques fois supposé que ces pistes indiquent le fait de l'effondrement de certaines particules inconnue qui ne soit pas laissé d'autres pistes.Les calculs ont montré que son poids - environ 500 MeV, ce qui est beaucoup plus grande que cette valeur de l'électron.Bien sûr, les chercheurs ont nommé leur découverte V-particules.Cependant, cela n'a pas été le quark.Cette particule attendait toujours dans les ailes.
Tout commence tout juste
Avec cette découverte, il a commencé.En 1949, dans les mêmes conditions, il a été trouvé des particules de traces, qui a donné lieu immédiatement à trois pions.Il est vite devenu clair qu'elle, ainsi que et V-particules - totalement différents membres de la famille composée de quatre particules.Plus tard, ils ont été appelés mésons K (kaons).
Couple chargée kaons ont une masse de 494 MeV, et dans le cas de charge neutre - 498 MeV.Incidemment, en 1947, les chercheurs ont eu la chance de capturer tout le même cas très rare d'une désintégration des kaons positifs, mais à l'époque, ils étaient tout simplement pas en mesure d'interpréter correctement l'image.Cependant, pour être parfaitement juste, il est en fait la première observation de la kaon a été faite en 1943, mais l'information sur il a été presque perdue dans le contexte des nombreuses publications scientifiques après-guerre.
New étrangeté
Et puis les scientifiques ont attendu plus de découvertes.En 1950 et 1951, les chercheurs des universités de Manchester et Melnburskogo réussi à trouver une particule est beaucoup plus lourd que les protons et les neutrons.Encore une fois, elle a eu aucune charge, mais se désintègre en un proton et un pion.Ce dernier, comme on peut le comprendre, a une charge négative.New particules désigné par la lettre Λ (lambda).
Plus le temps passe, plus la question se pose scientifiques.Le problème était que les nouvelles particules sont produites exclusivement dans les interactions nucléaires fortes, brisant rapidement jusqu'à former protons et de neutrons.En outre, ils apparaissent toujours par paires, la seule manifestation n'a jamais été.Et si un groupe de physiciens de l'États-Unis et le Japon a proposé d'utiliser dans leur description d'un nouveau nombre quantique - étrange.Selon leur définition, l'étrangeté de toutes les autres particules connues était de zéro.
autres recherches
percée a eu lieu seulement après les enquêtes d'une nouvelle systématisation des hadrons.Une figure importante dans le conflit israélo Yuval Neeman est devenu cela a changé la carrière militaire exceptionnelle à une manière tout aussi brillant d'un scientifique.
Il a noté que l'ouverture par le temps, les mésons et baryons automne, formant une grappe de multiplets de particules connexes.Les membres de chacune de ces associations ont exactement la même étrangeté, mais les charges électriques opposées.Alors, comment l'interaction nucléaire forte de charges électriques ne dépend pas du tout, dans tout ce que les particules d'autre d'un multiplet regardent des jumeaux parfaits.
scientifiques ont suggéré que l'apparition de ces formations naturelles répond certaine symétrie, et bientôt ils étaient en mesure de la trouver.Elle était d'une simple généralisation du groupe de spin SU (2), que les scientifiques à travers le monde utilisent pour décrire les nombres quantiques.Cela est juste à cette époque était déjà connu hadrons 23, et leurs dos étaient égale à 0, ½ ou une unité entière, donc utiliser une classification pas possible.
En conséquence, nous avons eu à utiliser pour la classification seulement deux nombres quantiques, en raison de laquelle la classification a considérablement élargis.Donc il y avait un groupe de SU (3), qui, au début du siècle a créé un mathématicien français Elie Cartan.Pour déterminer la position taxonomique en elle de chaque particule, les scientifiques ont développé un programme de recherche.Quark alors facilement conclu une série systématique, qui a confirmé la justesse absolue de spécialistes.
nouvelle
nombres quantiques de Donc, les scientifiques en sont venus à l'idée d'utiliser des nombres quantiques abstraites, qui sont devenus de spin hyper- et isotopique.Cependant, avec le même succès peut prendre en charge étrange et électrique.Ce régime a été nommé provisoirement l'Octuple Sentier.Ceci est capturé analogie avec le bouddhisme, où jusqu'à ce que Nirvana a également besoin d'aller à travers huit niveaux.Cependant, tout cela la poésie.
Neeman Son travail et son collègue, Gell-Mann, publié en 1961, et le montant des mésons alors connus ne dépasse pas sept ans.Mais dans leur article, les chercheurs n'a pas hésité à parler de la forte probabilité de l'existence de la huitième méson.Aussi, en 1961, leur théorie brillamment confirmé.TROUVE Cette particule appelée mésons (lettre de Þ grec).
autres découvertes et expériences avec brio confirmé la justesse absolue de la classification de la SU (3).Cela est devenu une puissante incitation pour les chercheurs qui ont trouvé qu'il ya sur la bonne voie.Même le Gell-Mann avait aucun doute que dans la nature il ya des quarks.Avis sur ses théories ne sont pas très positif, mais le scientifique était sûr qu'il avait raison.
Ici et quarks!
bientôt publié un article "Un modèle schématique de baryons et les mésons."Dans ce document, les scientifiques ont été en mesure de développer davantage l'idée d'organiser, ce qui a été si utile.Ils ont constaté que la SU (3) admet aisément l'existence de triplets entiers de fermions, la charge électrique qui varie de 2/3 à 1/3 et 1/3, et dans le triplet une particule est toujours étrangeté non nulle différente.Déjà bien connu Gell-Mann, nous les avons appelés «particules élémentaires quarks."
Selon les accusations, il les a étiquetés comme u, d et s (à partir des mots anglais haut, le bas, et étrange).Sous le nouveau régime, chaque baryon formé par trois quarks.Mésons sont disposées beaucoup plus facile.Ils contiennent un quark (cette règle est ferme) et d'un antiquark.Seulement après que la communauté scientifique a pris conscience de l'existence de ces particules, qui sont dédiés à notre article.
Un peu d'histoire
Cet article, qui est en grande partie déterminé le développement de la physique dans les années à venir, a une histoire plutôt intéressante.Gell-Mann pensait de l'existence de ces triplets bien avant sa publication, mais personne pour discuter de leurs hypothèses.Le fait que ses hypothèses sur l'existence de particules ayant une charge fractionnaire regardé comme illusions.Cependant, après une conversation avec un physicien Robert Serber remarquable qu'il a appris que son collègue a fait exactement les mêmes conclusions.
En outre, le scientifique fait la seule conclusion correcte que l'existence de ces particules est seulement possible si elles ne sont pas fermions libres, dans le cadre de hadrons.En effet, dans ce cas, leurs charges sont intégrés!De Gell-Mann abord les appelaient kvorkami même les citer en MTI, mais la réaction des élèves et des enseignants était très discret.Donc, un scientifique pour un long temps de réflexion pour savoir si il devrait faire ses recherches au public.
mot "quark" (ce son comme le cri des canards) a été prise à partir des œuvres de James Joyce.Curieusement, mais le scientifique américain a publié un article dans la prestigieuse revue scientifique européenne Physics Letters, parce que sérieusement craint qu'une révision similaire en termes de l'édition américaine de Physical Review Letters ne l'acceptera pas pour publication.En passant, si vous voulez regarder au moins une copie de l'article - vous dirigez la route au même musée de Berlin.Quarks dans son exposé ne sont pas disponibles, mais l'histoire de leur découverte (ou plutôt, la preuve documentaire) est.
Accueil révolution quark
juste de dire que presque en même temps de la même pensée est originaire du CERN scientifique, George Zweig.Dans un premier temps, son mentor lui-même était Gell-Mann, puis Richard Feynman.Zweig a également défini la réalité de fermions, qui avaient charges fractionnaires, mais a appelé les aces.En outre, un physicien de talent, également considéré comme les trois quarks baryons et les mésons - comme une combinaison d'un quark et d'un antiquark.
Autrement dit, l'étudiant est entièrement répété les conclusions de son maître, et complètement séparé de celui-ci.Son travail est apparu même quelques semaines avant la publication de Mann, mais seulement comme un Institut "de maison".Cependant, il est la présence de deux journaux indépendants, dont les conclusions étaient presque identiques, une fois convaincu certains scientifiques allégeance à la théorie proposée.
De rejet faire confiance
Mais de nombreux chercheurs ont pris cette théorie ne va pas.Oui, les journalistes et les théoriciens est rapidement tombé en amour avec elle pour la clarté et la simplicité, mais la physique grave a eu seulement après aussi longtemps que 12 ans.Vous ne devriez pas les blâmer pour excès de conservatisme.Le fait que la théorie originale de quarks en contraste frappant avec le principe de Pauli, dont nous avons parlé au début de cet article.Si nous supposons que le proton contient une paire de quarks u-et un d-quark, le premier devrait être strictement dans le même état quantique.Selon l'Pauli il est impossible.
Il était alors, et il y avait un nombre quantique supplémentaire, exprimé en couleur (comme nous l'avons mentionné ci-dessus).En outre, il est difficile de savoir comment toutes les particules élémentaires quarks interagissent les uns avec les autres, pourquoi ne pas leur répondre variétés gratuits.Tous ces grandement aidé percer les mystères de la théorie des champs de jauge, qui "a à l'esprit" que dans les milieu des années 70.Vers la même époque, la théorie des quarks des hadrons organiquement incorporé.
Mais le plus fortement entravé le développement de la théorie de l'absence totale d'au moins une partie des tests expérimentaux qui confirmeraient l'existence des deux, et l'interaction entre les quarks et les autres particules.Mais ils ont progressivement commencé à apparaître qu'à la fin des années 60, lorsque le développement rapide de la technologie a permis pour l'expérience d'un des faisceaux d'électrons "de transmission" de protons.Ce sont ces expériences ont permis de prouver que les protons à l'intérieur vraiment «masquer» certaines particules, qui a été à l'origine appelé partons.Plus tard encore convaincu qu'il n'y a rien comme un vrai quark, mais ce ne fut que dans la fin de 1972.Confirmation
expérimentale
Bien sûr, la condamnation définitive de la communauté scientifique a pris une beaucoup plus de données expérimentales.En 1964, James Sheldon Glashow et Bjorken (futur prix Nobel, par la voie) ont suggéré, mais il peut y avoir une quatrième espèce de quarks, qu'ils ont appelé un charmé (Charmed).
Il est grâce à cette hypothèse, les chercheurs en 1970 ont été en mesure d'expliquer de nombreuses bizarreries qui ont été observés dans la désintégration des kaons neutres chargées.Quatre ans plus tard, seulement deux groupe indépendant de physiciens américains ont été en mesure de fixer la désintégration des mésons, qui comprenait un seul quark "charmed" et son antiquark.Il est pas surprenant que cet événement une fois surnommée la Révolution de Novembre.La théorie des quarks obtenir confirmation plus ou moins «visuel».
sur l'importance de l'ouverture de ladite au moins le fait que le chef de projet, Samuel Ting et Burton Richter, deux ans plus tard, a reçu un prix Nobel: Un événement se reflète dans de nombreux articles.
