Slechts een jaar geleden, Peter Higgs, François Englert en ontving de Nobelprijs voor zijn werk, dat was gewijd aan de studie van subatomaire deeltjes.Dit lijkt misschien absurd, maar hun ontdekkingen wetenschappers hebben een halve eeuw geleden gemaakt, maar tot op de dag dat ze niet geven maar een beetje materie.
In 1964, twee talentvolle natuurkunde speelde ook met zijn baanbrekende theorie.In eerste instantie trok ze ook weinig aandacht.Het is vreemd, want ze beschreef de structuur van hadronen, die onmisbaar zijn voor één sterke interatomaire wisselwerking zijn.Dit was de theorie van quarks.
Wat is het?
By the way, wat is een quark?Dit is één van de belangrijkste bestanddelen van de hadron.Belangrijk!Dit deeltje heeft een "halve" draai, daadwerkelijk een fermion.Afhankelijk van de kleur (zie hieronder) quark heffing gelijk zijn aan eenderde of tweederde van het proton rekening gebracht.Zoals voor kleuren, ze nummer zes (generatie quarks).Ze zijn noodzakelijk om het principe van Pauli niet te schenden.
Basics
Als onderdeel van hadronen, deze deeltjes zijn op een afstand van niet meer dan de waarde van de opsluiting.De reden is simpel: ze wisselen vectoren meter gebied, dat wil zeggen de gluonen.Waarom is het zo belangrijk quark?Gluon plasma (verzadigd quarks) - een toestand van de materie waarin het hele universum was net na de Big Bang.Dienovereenkomstig, het bestaan van quarks en gluonen - een directe bevestiging dat het echt was.
Ze hebben ook een andere kleur, maar door de beweging om hun virtuele kopieën te maken.Dienovereenkomstig, wanneer de afstand tussen de quarks kracht tussen hen verhoogt aanzienlijk.Zoals je kunt raden, met een minimale afstand van interactie vrijwel verdwijnt (asymptotische vrijheid).
Dus elke sterke interactie in hadronen is te wijten aan de overgang van de gluonen tussen quarks.Als we praten over de interacties tussen de hadronen, worden ze verklaard door de overdracht van pi-meson resonantie.Simpel gezegd, alle indirect opnieuw gereduceerd tot het uitwisselen van gluonen.
Hoe quark deel van het nucleon?
Elk neutron bestaat uit een paar van de d-quarks, en exact dezelfde enkele u-quark.Elk proton, integendeel - van een d-quark en een paar U-quark.Overigens spreken, worden de letters geplaatst naargelang de quantumaantallen.
verklaren.Zo wordt bètabederf verklaard door net transformatie van een van hetzelfde type als onderdeel van het proton quark in een andere.Om beter te worden opgevat als een formule die dit proces kan worden geschreven op deze manier: d = u + w (een neutron verval).Dienovereenkomstig wordt het proton geschreven iets andere formule: u = d + w.
Overigens wordt dit laatste proces verklaard door een gestage stroom van neutrino's en positronen van de grote ster clusters.Zodat de omvang van het universum is zo belangrijk kleine deeltjes, die een quark-gluon plasma, zoals we al hebben gezegd, bevestigt de oerknal, en de studie van deze deeltjes kunnen wetenschappers meer over de essentie van de wereld waarin we leven te leren.
Met minder dan een quark?
By the way, wat het bestaat uit quarks?Ze zijn een essentieel onderdeel preons.Deze deeltjes zijn zeer klein en slecht begrepen, zodat zelfs vandaag zij niet zozeer bekend.Dat is minder dan een quark.
Waar kwamen ze vandaan?
Vandaag is de meest voorkomende vorm preons twee hypothesen: de snaartheorie en de theorie van Bilson-Thompson.In het eerste geval wordt het optreden van de deeltjes uiteengezet snaar trilling.De tweede hypothese suggereert dat hun uiterlijk te wijten is aan een aangeslagen toestand van ruimte en tijd.
interessant dat in het tweede geval is het mogelijk om het verschijnsel te beschrijven met behulp van een matrix van parallel transport langs bochten van de rotatie netwerk.De eigenschappen van de matrix zelf, en om preons bepalen.Dat is wat vormt de quarks.
Samenvattend kunnen we zeggen dat de quarks - een soort van "Quanta" als onderdeel van hadronen.Onder de indruk?En nu zullen we praten over hoe dat te doen was open het quark.Dit is een heel spannend verhaal dat, onder andere, volledig enkele details zoals hierboven beschreven bekend te maken.
Vreemde deeltjes
Onmiddellijk na het einde van de Tweede Wereldoorlog, wetenschappers begonnen om actief verkennen van de wereld van subatomaire deeltjes, die tot dan toe leek gewoon primitief (voor het uitzicht).Protonen, neutronen (nucleonen) en de elektronen gevormd atoom.In 1947 opende hij pioenen (en voorspelde hun bestaan in 1935), die verantwoordelijk is voor de wederzijdse aantrekking van nucleonen in de kern van atomen waren.Dit evenement werd in zijn tijd werd besteed niet een wetenschappelijke tentoonstelling.Quarks waren nog niet open, maar het moment van de aanval op hun 'footprint' werd steeds dichterbij.
Neutrino's bij de tijd was nog niet ontdekt.Maar hun enorme belang voor de beta-verval van atomen te verklaren was zo groot dat wetenschappers hebben weinig twijfel over hun bestaan.Bovendien, al detecteren of een antideeltjes voorspellen.Zodra de situatie onduidelijk muonen, die gevormd worden door het verval van pionen en later overgegaan in staat neutrinos, elektron of positron.Natuurkundigen niet begrijpen, waarom moet ik dit tussenstation.
Ach, zo eenvoudig en pretentieloos model overleefde zeer kort de opening van de pionen.In 1947, twee Britse natuurkundige, George Rochester en Clifford Butler, publiceerde een merkwaardig artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.Het materiaal voor het was de studie van kosmische straling door de wolk kamer, waar ze kregen erg nieuwsgierig informatie.Op een van de foto's die tijdens de observatie, het was duidelijk zichtbaar een paar tracks met een gemeenschappelijke oorsprong.Aangezien het verschil was als een Latijns-V, daarna werd duidelijk - lading deze deeltjes zijn zeker anders.
Wetenschappers eenmaal aangenomen dat deze tracks geven het feit van de ineenstorting van een aantal onbekende deeltje dat niet achter andere tracks.Berekeningen toonden aan dat het gewicht - ongeveer 500 MeV, wat veel hoger is dan deze waarde voor de elektronen.Natuurlijk hebben de onderzoekers noemden hun ontdekking V-deeltje.Dit was echter niet het quark.Dit deeltje is nog steeds te wachten in de coulissen.
Alles is nog maar net begonnen
Met deze ontdekking begon.In 1949, onder dezelfde voorwaarden het werd gevonden sporen deeltjes, die gaf meteen aanleiding tot drie pionen.Het werd al snel duidelijk dat ze, evenals en V-deeltjes - totaal verschillende leden van de familie, bestaande uit vier deeltjes.Later werden ze genoemd K mesonen (kaonen).
Paar gebracht kaonen hebben een massa 494 MeV, en in het geval van neutrale lading - 498 MeV.Overigens, in 1947, de onderzoekers het geluk om precies hetzelfde zeer zeldzaam geval van een positieve kaon verval vast te leggen, maar op het moment dat ze waren gewoon niet in staat om de foto correct te interpreteren.Echter, perfect om eerlijk te zijn, het is in feite de eerste waarneming van de kaon werd terug in 1943, maar de informatie over het was bijna verloren tegen de achtergrond van de vele naoorlogse wetenschappelijke publicaties.
New vreemdheid
En dan wetenschappers wachtte meer ontdekkingen.In 1950 en 1951 hebben onderzoekers van de universiteiten van Manchester en Melnburskogo geslaagd om het vinden van een deeltje is veel zwaarder dan protonen en neutronen.Nogmaals, had ze geen last, maar vervalt in een proton en een pion.Laatstgenoemde, zoals kan worden begrepen, heeft een negatieve lading.Nieuwe deeltje aangeduid met de letter Λ (lambda).
Hoe meer tijd verstrijkt, rijst de meer de vraag wetenschappers.Het probleem was dat de nieuwe deeltjes uitsluitend geproduceerd in sterke nucleaire interacties snel afbreken protonen en neutronen vormen.Daarnaast hebben ze altijd in paren, de enige manifestatie was nooit.En zo een groep natuurkundigen uit de VS en Japan voorgesteld om te gebruiken in hun beschrijving van een nieuwe quantum getal - vreemd.Volgens hun definitie, het vreemde van alle andere bekende deeltjes was nul.
Verder onderzoek
doorbraak vond plaats pas na het onderzoek van een nieuwe systematisering van hadronen.Een prominente figuur in de Israëlische Yuval Ne'eman werd dat veranderd de uitstaande militaire carrière bij een even briljante manier van een wetenschapper.
Hij merkte op dat de open op het moment dat de mesonen en baryonen vallen, de vorming van een cluster van verwante deeltje multipletten.Leden van elk van deze verenigingen hebben precies dezelfde vreemdheid, maar tegengestelde elektrische ladingen.Dus hoe de sterke nucleaire interactie van elektrische ladingen niet helemaal afhankelijk zijn, in alle andere deeltjes van een multiplet perfect uitzien tweeling.
Wetenschappers hebben gesuggereerd dat het optreden van deze natuurlijke formaties aan bepaalde symmetrie, en al snel waren ze in staat om haar te vinden.Zij was een eenvoudige generalisatie van de spin groep SU (2), waarbij wetenschappers over de hele wereld gebruikt om de quantumgetallen beschrijven.Dat is gewoon op dat moment al Hadron 23 bekend was, en hun rug waren gelijk aan 0, ½ of een hele eenheid, daarom gebruik maken van een indeling niet mogelijk.
Daardoor moesten we gebruiken voor de indeling twee kwantumgetallen, waardoor de indeling aanzienlijk uitgebreid.Er was dus een groep SU (3), die aan het begin van de eeuw een Franse wiskundige Elie Cartan gecreëerd.Naar de taxonomische positie daarin van elk deeltje te bepalen, de wetenschappers ontwikkelde een onderzoeksprogramma.Quark dan gemakkelijk ingevoerd in een systematische reeks, waarin de absolute juistheid van specialisten bevestigd.
nieuwe quantumgetallen
Dus wetenschappers zijn gekomen om het idee van het gebruik van abstracte quantum nummers, die hyper- en isotopen draai zijn geworden.Echter, met hetzelfde succes kunnen vreemde en elektrische lading nemen.Deze regeling is voorlopig de naam van de achtvoudige pad.Dit is vastgelegd analogie met het boeddhisme, waar tot Nirvana ook moeten gaan door middel van acht niveaus.Echter, al deze poëzie.
Ne'eman Zijn werk en zijn collega, Gell-Mann, gepubliceerd in 1961, en het bedrag van de toen bekende mesonen niet meer dan zeven.Maar in hun artikel heeft de onderzoekers niet aarzelen de hoge waarschijnlijkheid van het bestaan van de achtste meson noemen.Ook in 1961 hun theorie briljant bevestigd.Vond dit deeltje genoemd mesonen (Griekse letter η).
Verdere ontdekkingen en experimenten briljant bevestigde de absolute juistheid van de indeling van de SU (3).Dit werd een krachtige stimulans om onderzoekers die hebben ontdekt dat er op het juiste spoor.Zelfs de Gell-Mann had geen twijfel dat in de natuur er quarks.Beoordelingen van zijn theorieën waren niet erg positief, maar de wetenschapper was er zeker van dat hij gelijk had.
Hier en quarks!
snel publiceerde een artikel "Een schematische model van baryonen en mesonen."Daarin wetenschappers in staat waren om het idee te organiseren, die zo behulpzaam verder ontwikkelen.Zij vonden dat de SU (3) gemakkelijk erkent het bestaan van hele tripletten fermionen, de elektrische lading die varieert van 03/02 tot 03/01 en 03/01, en in het ene triplet deeltje steeds verschillende niet nul vreemde.Reeds bekende Gell-Mann, we noemden hen "elementaire deeltjes quarks."
Volgens de aanklacht, ze bestempeld hij als u, d en s (van het Engels woorden omhoog, omlaag, en vreemde).Onder de nieuwe regeling, die elk baryon gevormd door drie quarks.Mesonen zijn gerangschikt veel gemakkelijker.Ze bevatten een quark (deze regel is stevig) en een antiquark.Pas daarna de wetenschap van het bestaan van deze deeltjes, die zijn gewijd aan ons artikel geworden.
Een beetje geschiedenis
Dit artikel, dat grotendeels wordt bepaald de ontwikkeling van de natuurkunde in de komende jaren, heeft een vrij interessante geschiedenis.Gell-Mann dacht van het bestaan van dergelijke drieling lang vóór de bekendmaking ervan, maar niemand om hun aannames te bespreken.Het feit dat zijn veronderstellingen over het bestaan van deeltjes met een fractionele lading leek wanen.Echter, na een gesprek met een uitstekende theoretisch natuurkundige Robert Serber hij vernam dat zijn collega deed precies dezelfde conclusies.
Bovendien, de wetenschapper die de enige juiste conclusie dat het bestaan van dergelijke deeltjes is alleen mogelijk als zij niet vrij fermions kader van hadronen.Immers, in dit geval, de kosten geïntegreerd!Allereerst Gell-Mann noemde ze kvorkami zelfs genoemd hen in MTI, maar de reactie van studenten en docenten was erg low-key.Dus een wetenschapper voor een lange tijd na te denken over de vraag of hij zijn onderzoek zou moeten maken voor het publiek.
woord "quark" (dit geluid als de roep van de eenden) werd genomen uit het werk van James Joyce.Vreemd genoeg, maar de Amerikaanse wetenschapper heeft een artikel in het prestigieuze Europese wetenschappelijke tijdschrift Physics Letters geplaatst, omdat ernstig gevreesd dat een soortgelijke herziening in termen van de Amerikaanse editie van Physical Review Letters niet zal accepteren voor publicatie.By the way, als je wilt op zijn minst een kopie van het artikel kijken - je direct de weg naar dezelfde Berlijnse museum.Quarks in zijn uiteenzetting niet beschikbaar is, maar het volledige verhaal van hun ontdekking (of liever gezegd, bewijsstukken) is.
Thuis quark revolutie
eerlijk om te zeggen dat bijna op hetzelfde moment op dezelfde gedachte kwam van CERN wetenschapper, George Zweig.In eerste instantie zijn mentor was zelf Gell-Mann, en vervolgens Richard Feynman.Zweig ook gedefinieerd de realiteit van fermionen, die fractionele kosten gehad, maar noemde ze azen.Bovendien, een getalenteerd natuurkundige, ook beschouwd als de drie quark baryonen en mesonen - als een combinatie van een quark en een antiquark.
Simpel gezegd, is de student volledig herhaalde de conclusies van zijn leraar, en volledig los van.Zijn werk heeft zelfs een paar weken verscheen voor de publicatie van Mann, maar alleen als een "home-made" Institute.Het is echter de aanwezigheid van twee onafhankelijke papers, waarvan de conclusies zijn bijna identiek, eenmaal overtuigd sommige wetenschappers trouw aan de voorgestelde theorie.
Van afwijzing vertrouwen
Maar veel onderzoekers hebben deze theorie niet klopt.Ja, journalisten en theoretici snel verliefd op haar voor de duidelijkheid en eenvoud, maar ernstige fysica nam het pas na zo lang als 12 jaar.Je moet ze niet kwalijk nemen voor overmatig conservatisme.Het feit dat de oorspronkelijke theorie van quarks in schril contrast met het Pauli principe, dat we aan het begin van dit artikel vermeld.Als we aannemen dat de proton bevatten een paar U-quarks en een d-quark, moet de eerste streng in dezelfde kwantumtoestand.Volgens de Pauli het onmogelijk.
Toen en er werd een extra kwantumgetal, uitgedrukt als kleurstof (zoals hierboven vermeld).Bovendien is onduidelijk hoe alle elementaire deeltjes quarks met elkaar, waarom niet voldoen vrij variëteiten.Al deze enorm geholpen ontrafelen van de mysteries van de meter veld theorie, die "bracht voor de geest" alleen in het midden van de jaren '70.Rond dezelfde tijd, het quark theorie van hadronen organisch opgenomen in het.
Maar sterkst bemoeilijkt de ontwikkeling van de theorie van de volledige afwezigheid van ten minste enkele van de experimentele testen die het bestaan van beide willen bevestigen, en de interactie tussen quarks en andere deeltjes.Maar ze geleidelijk begon te verschijnen pas aan het einde van de jaren '60, toen de snelle ontwikkeling van technologie heeft de ervaring van een "transmissie" elektronenbundels protonen.Het is deze ervaringen hebben toegestaan om te bewijzen dat in protonen echt "verbergen" sommige deeltjes, die oorspronkelijk werd genoemd partons.Later nog steeds van overtuigd dat het niets als een echte quark, maar het was pas in het najaar van 1972.
Experimentele bevestiging
Natuurlijk, de definitieve veroordeling van de wetenschappelijke gemeenschap heeft een veel meer experimentele data.In 1964, James Sheldon Glashow en Bjorken (toekomstige Nobelprijswinnaar, door de manier) hebben gesuggereerd, maar er kan nog een vierde soort quark, wat zij noemden een gecharmeerd (Charmed).
Het is dankzij deze hypothese, de onderzoekers in 1970 waren in staat om veel eigenaardigheden die zijn waargenomen in het verval van neutrale kaonen laste leggen.Vier jaar later, op slechts twee onafhankelijke groep Amerikaanse natuurkundigen in staat waren om de meson verval, die slechts een "gecharmeerd" quark en zijn antiquark opgenomen lossen.Het is niet verwonderlijk dat dit evenement een keer noemde de november Revolutie.De theorie van quarks krijgt meer of minder "visual" bevestiging.
over het belang van de opening van de ten minste het feit dat de projectmanager, Samuel Ting en Burton Richter, twee jaar later kreeg een Nobelprijs: Een gebeurtenis wordt weerspiegeld in vele artikelen.
