Što je kvark

Sa kvantne tačke - Kvark-gluonska plazma (Srpanj 2019).

Anonim

U modernoj fizici postoji nekoliko vrsta interakcija čestica: jaka, slaba i elektromagnetska. Da bismo ih opisali, koristimo standardni model fizike čestica, u kojem je temeljna čestica kvark.

Teorija kvarkova


Teorija kvarkova razvijena je kako bi opisala interakciju čestica. Važno je napomenuti da se u slobodnoj državi quark ne može susresti u prirodi, budući da kvark, strogo govoreći, sam po sebi nije čestica. To je način za konfiguriranje elektromagnetskog vala u čestici, a čestica obično uključuje mnogo više od jednog takvog vala. Punjenje kvarkom jednako je jednoj trećini naboja elektrona, a njegova skala je 0.5 * 10 ^ -19 (10 u minusu devetnaestog stupnja), što je manje od veličine protona za oko 20 tisuća puta. Hadroni (kojima pripadaju proton i neutron) također se sastoje od kvarkova.
Trenutno postoji šest vrsta kvarkova, u pravilu kažu "okusi". Osim toga, kvark ima još jednu karakteristiku, važnu za razlikovanje tipa, to je boja. Očito, ova apstraktna podjela, pravi kvark, naravno, nema boje, nema okusa. Ali za kalibraciju kvarkova, ova teorija je vrlo prikladna. Svaka vrsta kvarkova odgovara antikvarku - to jest, "čestici", čiji su kvantni brojevi suprotni. Kvantni brojevi se koriste za opisivanje svojstava kvarka.
Priča o tome kako su kvarkovi dobili svoje ime dovoljno je smiješna. Gell-Mann, znanstvenik koji je prvi predložio da se hadroni sastoje od posebnih čestica, posudio je tu riječ od Finnegan Wakea Jamesa Joycea, koji sadrži riječi: "Tri kvarkova za gospodina Marka!".
Teorija kvarkova u fizici općenito se može nazvati jednom od najpoetičnijih. Ovdje i povijest imena, te obilježja boje i okusa, te vrste samih kvarkova: istinito, šarmantno, začarano, čudno.

Svaka vrsta kvarkova karakterizirana je nabojem i masom.

Uloga kvarkova u fizici


Jake, slabe i elektromagnetske interakcije događaju se na temelju kvarkova. Uz jake interakcije, boja kvarka se može promijeniti, ali ne i okus. Slabe interakcije mijenjaju okus, ali ne i boju.
S jakom interakcijom, jedan jedini kvark ne može se udaljiti od ostalih kvarkova za bilo koju znatnu udaljenost, zbog čega ih je nemoguće promatrati u slobodnom obliku. Ovaj fenomen naziva se zatvaranje. No, hadroni, "bezbojne" kombinacije kvarkova, već mogu letjeti odvojeno jedna od druge.

Jesu li kvarkovi stvarni?


Budući da je zbog zatvaranja nemoguće vidjeti pojedinačne kvarkove, nije neuobičajeno da ne-stručnjaci pitaju: "Jesu li kvarkovi uopće stvarni ako ih ne možemo promatrati? Zar to nije matematička apstrakcija?"
Postoji nekoliko razloga za realnost teorije kvarkova:
- Svi hadroni, unatoč njihovoj mnogostrukosti, imaju vrlo mali broj stupnjeva slobode. U početku je teorija kvarkova opisivala upravo te slobodne parametre.
- Model kvarkova pojavio se ranije nego što su mnoge hadronske čestice postale poznate, ali su se u njega savršeno uklopile.
- Model kvarkova pretpostavlja neke posljedice, koje su eksperimentalno potvrđene. Na primjer, u hadronskim sudaračima, postalo je moguće „izbaciti“ kvarkove iz protona u visokoenergetskim sudarima, a rezultati tih procesa promatrani su u obliku mlazova. Ako je proton nedjeljiva čestica, ne može postojati nikakav mlaz.
Naravno, unatoč eksperimentalnim dokazima, model kvarkova i dalje ostavlja mnoga pitanja fizičarima.