Kuarkların ne olduğunu, nasıl keşfedildiklerini ve kuark modelinin ne olduğunu açıklıyoruz. Ayrıca, diğer atom altı parçacıklar.
Kuarklar, nötron ve protonlardan daha küçük parçacıklardır.Kuarklar nedir?
Kuarklar veya kuarklar bir tür atom altı parçacık kategorisine giren elemental fermiyonlarve güçlü etkileşimleri konu atom çekirdeklerinden. Adı romandan geliyor Finnegan'ın Uyanışı İrlandalı yazar James Joyce tarafından.
Kuarklar, parçacıkları olan protonlar Y nötronlar hadron adı verilen diğer küçük parçacık türlerinin yanı sıra yapılırlar.
Bu terimler kafa karıştırıcı olabilir, ancak bir kuarkın ne olduğunu bilmek için onları teknik seviyelerde anlamanız gerekmez: kuarktaki en küçük parçacıklar. konudört temel fiziksel kuvvetle serbestçe etkileşime giren: Yer çekimi gücü, elektromanyetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet.
Leptonlarla birlikte kuarklar maddenin yapı taşlarıdır. Tıpkı madde olduğu gibi ve antimadde, kuarklar ve antikuarklar da vardır.
Ayrıca, kuarkın altı türü veya "tadı" vardır. Böylece, maddenin tüm mezonları ve baryonları, yani 200'den fazla farklı atom altı parçacık, üç farklı kuark (veya antikuark) (baryonlar) veya güçlü etkileşimlerle birleştirilmiş bir kuark-antikuark (mezonlar) birleştirilerek oluşturulabilir. .
kuarkların keşfi
Uzun yıllar boyunca protonların, nötronların ve elektronlar onlar maddenin temel parçacıklarıydı, yani onlardan daha küçük hiçbir şey var olamazdı.
Bununla birlikte, sözde nükleonların (nötronlar ve protonlar, çekirdeğin sakinleri) incelenmesi atom) boyutlarının elektronlardan çok daha büyük olduğunu ve daha küçük ve daha basit bir şeyden oluşacağının varsayılabileceğini gösterdi. Kuarklar bu soruyu yanıtlamak için geldiler.
Eş zamanlı olarak, 1964'te Murray Gell-Mann ve George Zweig tarafından tamamen bağımsız olarak önerildiler. Bu bilim adamları, atom çekirdeğindeki parçacıklar arasındaki güçlü etkileşimin doğası gereği kuarkların var olma ihtiyacını gözlemlediler.
Ayrıca, özelliklerinin çoğu açıklanamazdı. yapılar protonların ve nötronların iç kısmı. Böylece, adı verilen üç küçük parçacığın varlığıkorkaklar (daha sonrakuarklar, Zweig başlangıçta adı önermesine rağmenaslar veya "as") olan birelektrik şarjı 1/3 ve 2/3 yük.
Bu hipotez, SLAC'da deneysel olarak test edildi (Stanford Lineer Hızlandırıcı Merkezi veya daha sonraki yıllarda "Stanford Lineer Hızlandırıcı Merkezi". Ancak deney, protonları ve nötronları oluşturabilecek üç değil altı parçacık olduğuna dikkat çekti. Bu keşif için Taylor, Kendall ve Friedman 1990 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.
kuark modeli
Her kuark türünün kendine has özellikleri vardır.Bugün ele aldığımız standart madde modeli içinde kuarklar maddedeki en basit yeri işgal eder.
Birleştirdiğimiz kuarkların türüne bağlı olarak, altı farklı kuark türü (veya tatlar, "Tatlar"), her biri elektrik yükünü tanımlayan bir "kuantum numarası" ile donatılmıştır:
- Üstünde (yukarı). Kuantum sayısı olarak bir izospin +1/2 ile donatılmıştır.
- Altında (aşağı). Kuantum sayısı olarak bir izospin -1/2 ile donatılmıştır.
- Cazibe (Cazibe). Kuantum sayısı olarak +1 tılsımı ile donatılmıştır.
- Yabancı (yabancı). Kuantum sayısı olarak -1 tuhaflığına sahiptir.
- Durmak (Tepe) veya gerçek (gerçek). Üstünlükle donatılmış (zirve) +1.
- Alt (alt) veya güzellik (güzellik). Bir aşağılık ile donatılmış (diptelik) -1.
Bütün bunlar çok garip görünebilir ve bir video oyunundan çıkmış gibi görünebilir, ancak bu küçük parçacıkların farklı türlerde daha büyük atom altı parçacıkları oluşturmak için üçlüler veya üçlüler halinde bir araya geldiklerini düşünürsek, kuark modeli içinde mantıklı geliyor.
Yüklerinin toplamı tam sayıları verdiğinde hadronları oluştururlar.
Ancak buna, kuarkların üç tür yüke daha sahip olabileceği de eklenmelidir.renk”. Bununla birlikte, aslında renkle ilgili değildir, ancak bu, bilim adamlarının, güçlü nükleer çekimden sorumlu olan bir tür afinite olan bu özelliğe verdiği addır (“gluonlar” adı verilen başka bir parçacık aracılığıyla).
Bu renkler mavi, yeşil veya kırmızı olabilir ve örneğin nötronları ve protonları elektronlardan (lepton tipi parçacıklar) ayıran şeydir, çünkü ikincisi kuarklardan yapılmaz ve güçlü nükleer etkileşimi hissetmez, ancak zayıf .
Bu modele göre maddenin temel parçacıkları kuarklar ve leptonlardır.
Diğer atom altı parçacıklar
Diğer atom altı parçacık türleri şunlardır:
- Fermiyonlar. Bozonlarla birlikte, yarı tamsayı bir dönüşe veya açısal momentuma (1/2, 3/2, vb.) sahip olmaları ile karakterize edilen maddenin temel parçacıklarıdır. Sadece iki tür fermiyon vardır: kuarklar ve leptonlar.
- leptonlar Bunlar, ½ spin (+ veya -) ile donatılmış ve kuarkların aksine maddenin güçlü nükleer etkileşimini deneyimlemeyen bir tür fermiyondur. Altı tür lepton vardır: elektronlar, müonlar, taus, elektron nötrinoları, müon nötrinoları ve tau nötrinoları. İlk üçü +1 veya -1 elektrik yüküne sahiptir ve geri kalanı 0 yüke sahiptir.
- Bozonlar. Fermiyonlarla birlikte, bir tamsayı dönüşü (0, 1, 2, vb.) ile karakterize edilen ve Pauli dışlama ilkesine uymayan maddenin temel parçacıklarıdır. Bozonlara örnek olarak fotonlar, gluonlar veya gravitonlar, yani bilinen kuvvetleri içeren parçacıklar verilebilir.
- Mezonlar. Bunlar bozonlardır, yani güçlü nükleer etkileşime yanıt veren 0 veya 1 tamsayılı hadronlardır, dolayısıyla kuark-antikuark durumuna göre kuarklardan oluşurlar.
- baryonlar Üç kuarktan oluşurlar ve en temsili örnekleri nötron ve protondur, ancak son derece kararsız başka türleri de vardır.