רק לפני שנה, פיטר היגס, פרנסואה אנגלר וקיבלו את פרס נובל על עבודתו, שהוקדשה לחקר חלקיקים תת-אטומיים.זה אולי נראה מגוחך, אבל מדעני התגליות שלהם עשו לפני חצי מאה, אבל עד היום הם לא נתנו לי אם כי קצת עניין.
בשנת 1964, שתי בפיסיקה מוכשרת שיחקה גם עם התאוריה הפורצת הדרך שלו.בהתחלה, היא גם משכה את תשומת לב קטנה.זה מוזר, כי היא תיארה את המבנה של הדרונים, שהם הכרחיים לכל אינטראקציה interatomic חזקה אחד.זו הייתה התאוריה של קוורקים.
מה זה?
אגב, מה הוא קווארק?זהו אחד מהמרכיבים העיקריים של מאיץ.חשוב!יש חלקיק זה ספין "חצי", בעצם היותו פרמיונים.בהתאם לצבע (ראה להלן) תשלום קווארק יכול להיות שווה לשליש או שני שליש מהמטען הפרוטון.לגבי צבעים, הם מונים שישה (דור של קוורקים).הם הכרחיים על מנת שלא לפגוע בעיקרון של פאולי.
יסודות
כחלק מהדרונים, חלקיקים אלה הם במרחק שאינו עולה על הערך של הכליאה.הסיבה לכך היא פשוטה: הם מחליפים שדה מד הווקטורים, כלומר גלואונים.למה זה כל כך חשוב קווארק?הפלזמה גלואון (קווארקים רוויים) - מצב החומר שביקום כולו היה רק לאחר המפץ הגדול.בהתאם לכך, קיומו של קווארקים וגלואונים - אישור ישיר כי זה באמת היה.
גם יש להם צבע שונה, אבל בגלל התנועה כדי ליצור עותקים הווירטואליים שלהם.בהתאם לכך, כאשר המרחק בין הקווארקים הכוח ביניהם מגביר באופן משמעותי.כפי שאפשר לנחש, עם מרחק מינימאלי של אינטראקציה כמעט נעלם (חופש אסימפטוטי).
כך, כל אינטראקציה חזקה בהדרונים היא עקב המעבר של הגלואונים בין קווארקים.אם אנחנו מדברים על יחסי גומלין בין הדרונים, שהם מוסברים על ידי העברת תהודת pi-Meson.במילים פשוטה, כל בעקיפין מופחת שוב לחילופי גלואונים.
איך חלק קווארק של נוקליאון?
כל ניטרונים מורכב של זוג ד-קוורקים, וu-קווארק היחיד אותו הדבר.כל פרוטון, להיפך - מד-קווארק בודד וזוג u-קווארק.על ידי דוברי הדרך, המכתבים ממוקמים בהתאם למספרי הקוונטים.
להסביר.לדוגמא, התפרקות בטא מוסברת רק על ידי הפיכתו של אותו אחד מאותו הסוג, כחלק מקווארק נוקליאון לעוד.להיות טוב יותר הבין שנוסחת תהליך זה יכול להיות כתוב כך: D = U + w (ריקבון ניטרונים).בהתאם לכך, הפרוטון נכתב נוסחה מעט שונה: U = D + w.
אגב, התהליך אחרון זה מוסבר על ידי זרם קבוע של חלקיקי ניטרינו ופוזיטרונים של צבירי כוכבים הגדולים.אז בקנה מידה של היקום הוא חלקיקים קטנים כל כך חשובים, שהוא פלזמה קווארק-גלואון, כפי שכבר אמרו, מאשר את המפץ הגדול, והמחקר של חלקיקים אלה יאפשר למדענים ללמוד יותר על המהות של העולם בו אנו חיים.
עם פחות מ קווארק?
אגב, מה זה מורכב קווארקים?הם preons חלק בלתי נפרד.חלקיקים אלה הם קטנים מאוד והבינו היטב, כך שגם היום הם ידועים לא כל כך הרבה.כלומר פחות מ קווארק.
מאיפה הם באו?
היום, הצורה הנפוצה ביותר preons שתי השערות: תורת מיתרים ותורת בילסון-תומפסון.במקרה הראשון, את התרחשותם של החלקיקים מוסברת תנודת מיתרים.ההשערה השנייה מצביעה על כך שהמראה שלהם הוא בשל מצב מעורר של מרחב וזמן.
מעניין, כי במקרה השני ניתן לתאר את התופעה, באמצעות מטריצה של תחבורה מקבילה לאורך עקום של רשת הספין.התכונות של המטריצה עצמה, ולקבוע כל preons.זה מה שמהווה את הקווארקים.
סיכום, ניתן לומר כי הקווארקים - סוג של "קוונטים" כחלק מהדרונים.התרשם?ועכשיו אנחנו מדברים על איך לעשות היה פתוח קווארק.זהו סיפור מאוד מרגש ש, בין השאר, לחשוף באופן מלא כמה פרטים שתוארו לעיל.
מוזר חלקיקי
מייד לאחר תום מלחמת העולם השני, מדענים החלו לחקור את העולם של חלקיקים תת-אטומיים, שעד אז נראו רק פרימיטיווי (לתצוגה) באופן פעיל.פרוטונים, ניטרונים (הנוקלאונים) והאלקטרונים שנוצרו אטום.בשנת 1947 הוא נפתח אדמונית (וחזה את קיומם בשנת 1935), שהיו אחראי למשיכה ההדדית של הנוקלאונים בגרעין של אטומים.אירוע זה היה בזמנה הוקדש לא אחד תערוכה מדעית.קווארקים עדיין לא היו פתוחים, אבל הזמן של ההתקפה על "טביעת הרגל" שלהם מתקרב.
הנייטרינים בזמן עדיין לא התגלו.אבל החשיבות העצומה שלהם כדי להסביר את ההתפרקות בטא של אטומים הייתה כל כך גדולה שיש לי מדענים קטנים בספק את קיומם.בנוסף, כבר לזהות או לחזות כמה antiparticles.ברגע שהמצב לא היה ברור עם מיואונים, אשר נוצרים על ידי הריקבון של פיונים ומאוחר יותר עברו למצב של נויטרינו, אלקטרונים או פוזיטרונים.פיסיקאים לא מבינים, למה אני צריך תחנת ביניים זה.
למרבה הצער, מודל כל כך פשוט ולא יומרני שרד לזמן קצר מאוד בפתיחת פיונים.בשנת 1947, שני פיזיקאי בריטי, ג'ורג 'רוצ'סטר וקליפורד באטלר, פרסם מאמר סקרן במגזין הטבע המדעי.החומר לזה היה המחקר של קרנות קוסמיות דרך תא הענן, שבו יש להם מידע מאוד סקרן.באחת התמונות שנתפסו במשך התצפית, זה היה נראה בבירור כמה שירים עם מוצא משותף.מאז ההבדל היה כמו לטיני V, אז התברר - תשלום חלקיקים אלה הם בהחלט שונים.מדעני
הניחו פעם שהמסלולים אלה מצביעים על העובדה של הקריסה של כמה חלקיקים ידועים שלא נשארה מאחורי שירים אחרים.חישובים הראו כי המשקל שלה - כ -500 MeV, שהוא גדול בהרבה מהערך זה לאלקטרון.כמובן, חוקרים בשם V-חלקיקי הגילוי שלהם.עם זאת, זה לא היה קווארק.חלקיק זה עדיין מחכה בפתח.
הכל רק מתחיל
עם גילוי זה החל.בשינה 1949, באותם תנאים שנמצא חלקיקי עקבות, מה שהוליד מייד לשלושה פיונים.עד מהרה התברר שהיא, כמו גם וV-חלקיקים - לגמרי חברים שונים של המשפחה, בהיקף של ארבעה חלקיקים.מאוחר יותר הם נקראו K מזונים (קאונים).זוג
טעון יש קאונים המוניים 494 MeV, ובמקרה של תשלום ניטראלי - 498 MeV.אגב, בשנת 1947, חוקרים ברי מזל מספיק כדי ללכוד בדיוק אותו מקרה נדיר מאוד של ריקבון kaon חיובי, אבל באותו הזמן הם היו לא רק מסוגלים לפרש את התמונה בצורה נכונה.עם זאת, כדי להיות מושלם הוגן, הוא למעשה התצפית הראשונה של kaon נעשתה חזרה בשנת 1943, אך מידע עליו היה כמעט איבד על רקע הפרסומים המדעיים שלאחר המלחמה רבות.
החדש מוזרות
ואז מדענים חיכו יותר תגליות.בשנת 1950 ושינה 1951, חוקרים מאוניברסיטאות מנצ'סטר וMelnburskogo הצליח למצוא חלקיקים הוא הרבה יותר כבדים מאשר פרוטונים וניטרונים.שוב, לא היה לה תשלום, אך דועך לפרוטון ופיון.האחרון, כפי שאפשר להבין, יש מטען שלילי.חלקיק חדש כונה על ידי מכתב Λ (למבדה).
יותר הזמן עובר, השאלה יותר מתעוררת מדענים.הבעיה הייתה שהחלקיקים החדשים מיוצרים אך ורק באינטראקציות גרעיניות חזקות, במהירות פירוק ליצירת פרוטונים וניטרונים.בנוסף, הם תמיד מופיעים בזוגות, הביטוי היחיד מעולם לא היה.וכך קבוצה של פיסיקאים מארה"ב ויפן הציעה להשתמש בתיאורם של מספר קוונטים חדש - מוזר.על פי הגדרתם, המוזרות של כל החלקיקים הידועים האחרים הייתה אפס.
התרחשה פריצת דרך
מחקר נוספת רק לאחר החקירות של שיטתיות חדשה של הדרונים.דמות בולטת ביובל נאמן בישראל הפכה ששינתה את הקריירה הצבאית מצטיינת בדרך מבריקה באותה מידה של מדען.
הוא ציין כי פתוח עד מזונים ובריונים ליפול, ויצר אשכול של multiplets חלקיקים קשור.יש חברים של כל אחד מעמותות אלה בדיוק את אותו מוזרות, אבל מטענים חשמליים הפוכים.אז איך האינטראקציה הגרעינית החזקה של מטענים חשמליים אינה תלויה בכל, בכל דבר שחלקיקים אחר של multiplet להסתכל תאומים מושלמים.מדעני
הציעו כי את המופע של תצורות טבעיות אלה פוגש סימטריה מסוימת, ועד מהרה הם הצליחו למצוא אותה.היא הייתה הכללה פשוטה של קבוצת הספין SU (2), שמדענים ברחבי העולם משתמש כדי לתאר את מספרי הקוונטים.זה בדיוק באותו הזמן כבר היה ידוע Hadron 23, וגבם היו שווה 0, ½ או כל יחידה, ולכן משתמש בסיווג אינו אפשרי.
כתוצאה מכך, היינו צריך להשתמש בסיווג רק שני מספרי קוונטים, עקב אשר הסיווג התרחב באופן ניכר.אז הייתה קבוצה של (3) SU, אשר בתחילת המאה יצר מתמטיקאי צרפתי אלי קרטן.כדי לקבוע את המיקום הטקסונומי בזה של כל חלקיק, המדענים פיתחו תכנית מחקר.קווארק אז בקלות נכנס לסדרה שיטתית, אשר אישרה את התקינות המוחלטת של מומחים.
החדש
מספרי קוונטים אז מדענים הגיעו לרעיון של שימוש במספרי קוונטים מופשטים, שהפכו לספין היפר ואיזוטופים.עם זאת, באותה ההצלחה יכולה לקחת אחריות מוזרה וחשמלית.תכנית זו כבר בשם זמני נתיב המתומן.זה נתפס אנלוגיה עם בודהיזם, שבו עד נירוונה גם צריכה לעבור שמונה רמות.עם זאת, כל זה שירה.נאמן עבודתו ועמיתו, גל-מן, שפורסם בשנת 1961, והסכום של מזונים שנקראו אז לא יעלה על שבעה.אבל במאמרם, החוקרים לא היססו לדבר על הסבירות הגבוהה לקיומה של Meson השמיני.גם בשנת 1961 את התאוריה שלהם אישרה בצורה מבריקה.מזונים מצאו החלקיק הזה שנקראים (η אות היווני).
תגליות וניסויים נוספים בצורה מבריקה אישרו את הנכונות מוחלטות של הסיווג של SU (3).זה הפך לתמריץ חזק לחוקרים שמצאו כי יש על המסלול הנכון.הייתה אפילו גל-מן אין ספק כי בטבע יש קווארקים.ביקורות על התיאוריות שלו לא היו מאוד חיוביות, אבל המדען היה בטוח שהוא צודק.
כאן וקווארקים!
יפורסם בקרוב מאמר "מודל סכמטי של בריונים ומזונים."בזה, מדענים הצליחו לפתח את הרעיון של ארגון, שהיה כל כך מועיל נוסף.הם מצאו כי SU (3) מודה בקיומה של שלישייה של פרמיונים כל, המטען החשמלי שנע בין 2/3 ל1/3 ו1/3, ובחלקיק אחד השלישייה הוא תמיד זרות שאינן אפס שונות.כבר ידוע גל-מן, קראו להם "קוורקים חלקיקים יסודיים."
על פי כתב האישום, הוא הגדיר אותם כu, d ושל (מהמילים באנגלית למעלה, למטה, ומוזר).במסגרת התכנית החדשה, כל הבריוני שהוקם על ידי שלושה קווארקים.מזונים מסודרים הרבה יותר קלים.הם מכילים קווארק אחד (כלל זה הוא חברה) וantiquark.רק לאחר שהקהילה המדעית הפכה מודעת לקיום של חלקיקים אלה, אשר מוקדשים למאמר שלנו.קצת היסטורית
מאמר זה, אשר במידה רבה קבע את התפתחות הפיזיקה בשנים הקרובה, יש היסטוריה מעניינת למדי.גל-מן חשבה על קיומו של כזה שלישייה ארוכה לפני פרסומו, אבל אף אחד לא לדון ההנחות שלהם.העובדה שהנחותיו על קיומם של חלקיקים שיש תשלום חלקי נראים כאשליות.עם זאת, לאחר שיחה עם סרבר רוברט פיזיקאי תיאורטי מצטיין נודע לו כי עמיתו עשה בדיוק לאותן מסקנות.
בנוסף, המדען עשה את המסקנה הנכונה רק שקיומם של חלקיקים כאלה אפשריים רק אם הם לא פרמיונים בחינם, כחלק מהדרונים.ואכן, במקרה זה, חיוביהם משולבים!קודם גל-מן קרא להם kvorkami אפילו הזכיר אותם בMTI, אבל התגובה של תלמידים ומורים הייתה מאוד מינורי.אז מדען במשך זמן רב לחשוב על האם הוא צריך לעשות את המחקר שלו לציבור.מילת
"קווארק" (זה נשמע כמו הזעקה של הברווזים) נלקחה מיצירותיו של ג'יימס ג'ויס.למרבה הפלא, אבל המדען האמריקאי פרסם מאמר בכתב העת המדעי האירופי היוקרתי מכתבי פיסיקה, כי חשש ברצינות שגרסה דומה במונחים של המהדורה האמריקנית של מכתבי Physical Review לא קיבלה אותו לפרסום.אגב, אם אתה רוצה להיראות לפחות עותק של המאמר - אתה מכוון את הדרך לאותו מוזיאון ברלין.קווארקים בתערוכתו אינם זמינים, אבל את הסיפור המלא של הגילוי שלהם (או לייתר דיוק, עדויות) היא.המהפכה קווארק
הבית הוגן
לומר שכמעט באותו הזמן לאותה המחשבה הגיעה ממדען CERN, ג'ורג 'צווייג.בתחילה, מורו עצמו היה גל-מן, ולאחר מכן ריצ'רד פיינמן.צווייג גם הגדיר את המציאות של פרמיונים, אשר היו חיובי השבר, אבל קרא להם אסים.יתר על כן, פיזיקאי מוכשר, גם נחשב כשלושה בריונים ומזונים קווארק - כשילוב של קווארק וantiquark.
במילים פשוט, התלמיד חוזר על עצמו באופן מלא את המסקנות של המורה שלו, ולהפריד לחלוטין מזה.עבודתו הופיעה אפילו כמה שבועות לפני פרסום מאן, אבל רק כמכון "תוצרת בית".עם זאת, זה הוא נוכחותם של שני עיתונים עצמאיים, המסקנות שלהם היו כמעט זהים, משוכנע פעם אחת כמה אמונים למדענים התאוריה המוצעת.
מדחייה לסמוך
אבל חוקרים רבים לקחו את התאוריה הזו היא לא נכונה.כן, עיתונאים ותיאורטיקנים במהירות התאהבו בה לבהירות ופשטות, אבל פיסיקה רצינית לקחה אותו רק לאחר שכל עוד 12 שנים.אתה לא צריך להאשים אותם בשמרנות מוגזמת.העובדה שהתאוריה המקורית של קוורקים בניגוד חריף לעיקרון פאולי, שהזכרנו בתחילת מאמר זה.אם נניח כי הפרוטון הכיל זוג u-קוורקים וד-קווארק אחד, הראשון צריך להיות אך ורק באותו מצב הקוונטים.לדברי פאולי זה בלתי אפשרי.
זה היה אז ושם היה מספר קוונטים נוסף, הביע כצבע (כפי שהוזכרו לעיל).בנוסף, לא ברור איך כל הקוורקים החלקיקים היסודיים לתקשר אחד עם השני, למה לא לפגוש אותם זנים בחינם.כל אלה סייעו רב לפענח את המסתורין של תורת שדות מד, ש" הביא לנפש "רק באמצע שנתי ה -70.בערך באותו הזמן, התאוריה של קווארק ההדרונים שולבה באופן אורגני לתוכו.
אבל הכי חזק הקשו על פיתוח התאוריה של ההיעדרות של לפחות חלק מהבדיקות הניסיוניות שתאשרנה את קיומם של שני המלאה, ואת יחסי הגומלין בין קווארקים וחלקיקים אחרים.אבל הם בהדרגה החלו להופיע רק בסוף שנתי ה -60, כאשר ההתפתחות המהירה של טכנולוגיה אפשרה לחוויה של אלומות אלקטרונים "העברת" של פרוטונים.זה חוויות אלה אפשרו להוכיח שפרוטונים בתוך באמת "להסתיר" כמה חלקיקים, שנקרא במקור partons.עדיין מאוחר יותר משוכנע שזה שום דבר כמו קווארק נכון, אבל זה היה רק בסוף השינה 1972.אישור
הניסויי
כמובן, ההרשעה האחרונה של הקהילה המדעית לקחה נתונים הרבה יותר ניסיון.בשנת 1964, ג'יימס שלדון גלשו וBjorken (זוכה פרס נובל בעתיד, אגב) שהציעו, אם כי ייתכן שיש מינים רביעי של קווארק, שבו הם נקראים הקסימו (קסומים).
זה בזכות השערה זו, חוקרים בשנת 1970 היו מסוגלים להסביר מוזרויות רבות שנצפו בדעיכה של קאונים ניטראליים טעונים.ארבע שנים מאוחר יותר, רק שתי קבוצה עצמאית של פיסיקאים אמריקאים הצליחו לתקן את ריקבון Meson, שכלל רק קווארק אחד "הקסים" וantiquark.אין זה מפתיע כי אירוע זה זכה לכינוי פעם המהפכה בנובמבר.התאוריה של קוורקים לקבל אישור "חזותי" פחות או יותר.
על החשיבות של הפתיחה אמר לפחות את העובדה שמנהל הפרויקט, סמואל טינג והריטון ריכטר, שנתיים לאחר מכן קיבל פרס נובל: אירוע בא לידי ביטוי במאמרים רבים.
