Vi forklarer, hvad kvarker er, hvordan de blev opdaget, og hvad kvarkmodellen er. Også andre subatomære partikler.
Kvarker er partikler mindre end neutroner og protoner.Hvad er kvarker?
Kvarkerne eller kvarkerne er en type af subatomare partikel elementær, som falder inden for kategorien af fermioner, og hvis stærke interaktioner udgør stof af atomkerner. Dens navn kommer fra romanen Finnegans Wake af den irske forfatter James Joyce.
Kvarkerne er partiklerne protoner Y neutroner de er lavet, såvel som andre typer små partikler kaldet hadroner.
Disse udtryk kan være forvirrende, men du behøver ikke at forstå dem på sådanne tekniske niveauer for at vide, hvad en kvark er: de mindste partikler i kvarken. stof, som interagerer frit med de fire elementære fysiske kræfter: Gravitationskraft, elektromagnetisk kraft, stærk kernekraft og svag kernekraft.
Sammen med leptoner er kvarker selve stoffets byggesten. Ligesom der er stof og antistof, der er også kvarker og antikvarker.
Derudover er der seks typer eller "smag" af kvark. Således kan alle stoffets mesoner og baryoner, det vil sige mere end 200 forskellige subatomære partikler, bygges ved at kombinere tre forskellige kvarker (eller antikvarker) (baryoner), eller en kvark-antikvark (mesoner), forenet af stærke vekselvirkninger. .
Opdagelse af kvarker
I mange årtier blev det antaget, at protoner, neutroner og elektroner de var stoffets fundamentale partikler, det vil sige, intet kunne eksistere mindre end dem.
Men undersøgelsen af de såkaldte nukleoner (neutroner og protoner, indbyggere i kernen i atom) viste, at deres størrelse var meget større end elektronernes, og at det kunne antages, at de igen ville bestå af noget mindre og enklere. Kvarkerne kom til at besvare det spørgsmål.
Samtidig blev de foreslået i 1964 af Murray Gell-Mann og George Zweig, selvom de var fuldstændig uafhængige. Disse videnskabsmænd observerede behovet for kvarker til at eksistere på grund af arten af den stærke interaktion mellem partikler i atomkernen.
Desuden var mange af dens egenskaber uforklarlige, medmindre der var det strukturer indre inde i protoner og neutroner. Således eksistensen af tre mindre partikler, kaldetquorks (efterfølgendekvarker, selvom Zweig oprindeligt foreslog navnetesser eller "esser"), som ville have enelektrisk ladning 1/3 og 2/3 belastning.
Denne hypotese blev testet eksperimentelt i SLAC (Stanford Linear Accelerator Center eller "Stanford Center for Linear Accelerator" i senere år. Men eksperimentet pegede på, at der ikke var tre men seks partikler, der kunne udgøre protoner og neutroner. For denne opdagelse vandt Taylor, Kendall og Friedman 1990 Nobelprisen i fysik.
Quark model
Hver type kvark har specifikke egenskaber.Inden for den standardmodel af stof, som vi håndterer i dag, indtager kvarker den enkleste plads i materien.
Afhængigt af typen af kvarker, vi kombinerer, kan vi opnå forskellige typer af partikler ifølge hadron-klassificeringsreglen (den såkaldte "kvarkmodel"), som etablerer seks forskellige typer kvark (eller smag, "Smag"), hver forsynet med et "kvantetal", der definerer dens elektriske ladning:
- Ovenfor (op). Udstyret med et isospin +1/2 som et kvantetal.
- Nedenfor (ned). Udstyret med et isospin -1/2 som et kvantetal.
- Charm (charme). Udstyret med en charm +1 som et kvantetal.
- Mærkeligt (mærkelig). Udstyret med en mærkelighed -1 som et kvantetal.
- Hold op (top) eller sandhed (sandhed). Udrustet med en overlegenhed (tophed) +1.
- Nederst (bund) eller skønhed (skønhed). Udrustet med en mindreværd (bund) -1.
Alt dette kan se meget mærkeligt ud og virke som noget ud af et videospil, men det giver mening inden for kvarkmodellen, hvis vi tror, at disse små partikler samles i tripletter eller triader for at danne forskellige typer af større subatomære partikler.
Når summen af deres ladninger giver hele tal, danner de hadroner.
Hertil skal dog tilføjes, at kvarker kan have yderligere tre typer ladninger, som er "farve”. Det handler dog ikke rigtigt om farven, men det er det navn, som forskerne gav denne egenskab, som er en type affinitet, ansvarlig for den stærke nukleare attraktion (gennem endnu en partikel kaldet "gluoner").
Disse farver kan være blå, grønne eller røde, og det er det, der adskiller f.eks. neutroner og protoner fra elektroner (partikler af lepton-typen), da sidstnævnte ikke er lavet af kvarker og ikke mærker den stærke kerneinteraktion, men den svage. .
Ifølge denne model er de grundlæggende partikler af stof kvarker og leptoner.
Andre subatomære partikler
Andre typer subatomære partikler er:
- Fermioner. Sammen med bosoner er de de grundlæggende partikler af stof, kendetegnet ved at have et semi-heltals spin eller vinkelmomentum (1/2, 3/2 osv.). Der er kun to typer fermioner: kvarker og leptoner.
- Leptoner De er en type fermion, udstyret med ½ spin (enten + eller -), og som ikke, i modsætning til kvarker, oplever den stærke nukleare interaktion af stof. Der er seks typer af leptoner: elektroner, myoner, taus, elektronneutrinoer, myonneutrinoer og tau-neutrinoer. De første tre har en +1 eller -1 elektrisk ladning, og resten har en 0 ladning.
- Bosoner. Sammen med fermioner er de de fundamentale partikler af stof, kendetegnet ved at have et heltals spin (0, 1, 2 osv.) og overholder ikke Pauli udelukkelsesprincippet. Eksempler på bosoner er fotoner, gluoner eller gravitoner, det vil sige partikler, der involverer kendte kræfter.
- Mesoner. De er bosoner, det vil sige hadroner med heltals spin 0 eller 1, som reagerer på den stærke nukleare interaktion, så de er lavet af kvarker, ifølge kvark-antikvark-tilstanden.
- Baryoner De er sammensat af tre kvarker og deres mest repræsentative eksempler er neutronen og protonen, selvom der også er andre typer, ekstremt ustabile.