quarks

VậT Lý

2022

Chúng tôi giải thích quark là gì, chúng được phát hiện như thế nào và mô hình quark là gì. Ngoài ra, các hạt hạ nguyên tử khác.

Quark là những hạt nhỏ hơn neutron và proton.

Các hạt quark là gì?

Các hạt quark hoặc hạt quark là một loại hạt hạ nguyên tử nguyên tố, thuộc loại các fermionvà những tương tác mạnh mẽ của ai tạo nên vấn đề của hạt nhân nguyên tử. Tên của nó bắt nguồn từ cuốn tiểu thuyết Finnegan’s Wake của tác giả người Ireland James Joyce.

Các quark là các hạt trong đó proton Y nơtron chúng được tạo ra, cũng như các loại hạt nhỏ khác được gọi là hadron.

Những thuật ngữ này có thể gây nhầm lẫn, nhưng bạn không cần phải hiểu chúng ở mức độ kỹ thuật như vậy để biết quark là gì: những hạt nhỏ nhất trong quark. vấn đề, tương tác tự do với bốn lực lượng vật chất nguyên tố: Lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu.

Cùng với lepton, quark là những khối cấu tạo của vật chất. Cũng như có vấn đề và phản vật chất, còn có quark và phản quark.

Ngoài ra, có sáu loại hoặc "hương vị" của quark. Do đó, tất cả các meson và baryon của vật chất, tức là hơn 200 hạt hạ nguyên tử khác nhau, có thể được tạo ra bằng cách kết hợp ba quark (hoặc phản quark) khác nhau (baryon), hoặc một quark-phản quark (meson), liên kết với nhau bằng các tương tác mạnh. .

Khám phá các hạt quark

Trong nhiều thập kỷ, người ta cho rằng proton, neutron và điện tử chúng là những hạt cơ bản của vật chất, tức là không có gì có thể tồn tại nhỏ hơn chúng.

Tuy nhiên, nghiên cứu về cái gọi là nucleon (neutron và proton, cư dân của hạt nhân nguyên tử) cho thấy kích thước của chúng lớn hơn nhiều so với kích thước của các electron và có thể giả định rằng chúng sẽ được tạo thành từ một thứ gì đó nhỏ hơn và đơn giản hơn. Các quark đã trả lời câu hỏi đó.

Đồng thời, chúng được đề xuất vào năm 1964 bởi Murray Gell-Mann và George Zweig, mặc dù hoàn toàn độc lập. Các nhà khoa học này nhận thấy sự cần thiết tồn tại của các hạt quark do bản chất của sự tương tác mạnh mẽ giữa các hạt trong hạt nhân nguyên tử.

Hơn nữa, nhiều thuộc tính của nó không thể giải thích được trừ khi có cấu trúc bên trong proton và neutron bên trong. Do đó, sự tồn tại của ba hạt nhỏ hơn, được gọi làquorks (sau đóhạt quark, mặc dù Zweig ban đầu đề xuất tênát chủ bài hoặc "át"), sẽ cósạc điện Tải 1/3 và 2/3.

Giả thuyết này đã được kiểm tra bằng thực nghiệm trong SLAC (Trung tâm máy gia tốc tuyến tính Stanford hoặc "Trung tâm Stanford cho Máy gia tốc tuyến tính" trong những năm sau đó. Nhưng thí nghiệm chỉ ra rằng không có ba mà là sáu hạt có thể tạo thành proton và neutron. Với khám phá này, Taylor, Kendall và Friedman đã giành được giải Nobel Vật lý năm 1990.

Mô hình quark

Mỗi loại quark có những đặc điểm riêng biệt.

Trong mô hình tiêu chuẩn của vật chất mà chúng ta xử lý ngày nay, các hạt quark chiếm vị trí đơn giản nhất trong vật chất.

Tùy thuộc vào loại quark mà chúng ta kết hợp, chúng ta có thể thu được các loại hạt khác nhau, theo quy tắc phân loại hadron (cái gọi là "mô hình quark"), thiết lập sáu loại quark khác nhau (hoặc hương vị, "Flavors"), mỗi loại được ưu đãi với một "số lượng tử" xác định điện tích của nó:

  • Bên trên (hướng lên). Được ưu đãi với isospin +1/2 như một số lượng tử.
  • Phía dưới (xuống). Được ưu đãi với isospin -1/2 như một số lượng tử.
  • Quyến rũ (quyến rũ). Được ban tặng cho một sự quyến rũ +1 như một số lượng tử.
  • Lạ lùng (lạ lùng). Được ưu đãi với một sự kỳ lạ -1 như một số lượng tử.
  • Dừng lại (đứng đầu) hoặc sự thật (sự thật). Được trời phú cho một ưu thế (đỉnh cao) +1.
  • Đáy (đáy) hoặc vẻ đẹp (sắc đẹp, vẻ đẹp). Được phú cho một sự kém cỏi (độ sâu) -1.

Tất cả những điều này có thể trông rất kỳ lạ và có vẻ giống như một thứ gì đó trong trò chơi điện tử, nhưng nó có ý nghĩa trong mô hình quark, nếu chúng ta nghĩ rằng những hạt nhỏ này kết hợp với nhau thành bộ ba hoặc bộ ba để tạo thành các loại hạt hạ nguyên tử lớn hơn khác nhau.

Khi tổng các khoản phí của chúng cho ra các số nguyên, chúng tạo thành các hadron.

Tuy nhiên, cần thêm vào điều này, rằng các quark có thể có thêm ba loại điện tích, đó là “màu sắc”. Tuy nhiên, nó không thực sự là về màu sắc, mà đó là tên mà các nhà khoa học đặt cho đặc tính này, một loại ái lực, chịu trách nhiệm cho lực hút hạt nhân mạnh (thông qua một hạt khác được gọi là "gluon").

Những màu này có thể là xanh lam, xanh lục hoặc đỏ, và nó là thứ phân biệt, ví dụ, neutron và proton với electron (các hạt kiểu lepton), vì hạt sau không được tạo ra từ quark và không cảm nhận được tương tác hạt nhân mạnh mà là yếu. .

Theo mô hình này, các hạt cơ bản của vật chất là quark và lepton.

Các hạt hạ nguyên tử khác

Các loại hạt hạ nguyên tử khác là:

  • Fermions. Cùng với boson, chúng là các hạt cơ bản của vật chất, có đặc điểm là có spin bán nguyên hoặc momen động lượng (1/2, 3/2, v.v.). Chỉ có hai loại fermion: quark và lepton.
  • Leptons Chúng là một loại fermion, có ½ spin (hoặc + hoặc -) và không trải nghiệm, không giống như quark, tương tác hạt nhân mạnh của vật chất. Có sáu loại lepton: electron, muon, taus, neutrino electron, neutrino muon và neutrino tau. Ba đầu tiên có điện tích +1 hoặc -1, và phần còn lại có điện tích 0.
  • Dấu hiệu. Cùng với các fermion, chúng là các hạt cơ bản của vật chất, có đặc điểm là có spin nguyên (0, 1, 2, v.v.) và không tuân theo nguyên tắc loại trừ Pauli. Ví dụ về boson là photon, gluon hoặc graviton, tức là các hạt liên quan đến các lực đã biết.
  • Mesons. Chúng là các boson, tức là các hạt nhân có spin nguyên 0 hoặc 1, phản ứng với tương tác hạt nhân mạnh, vì vậy chúng được tạo thành từ các hạt quark, theo trạng thái quark-phản quark.
  • Baryons Chúng bao gồm ba hạt quark và ví dụ tiêu biểu nhất của chúng là neutron và proton, mặc dù cũng có những loại khác, cực kỳ không ổn định.
!-- GDPR -->