Кварки

Мы объясним, что такое кварки, как они были открыты и что такое кварковая модель. Плюс другие субатомные частицы
Кварки – это частицы меньшего размера, чем нейтроны и протоны

Что такое кварки?

Кварки или кварки – это тип элементарных субатомных частиц, которые относятся к категории фермионов, и чьи сильные взаимодействия составляют материю атомных ядер. Он назван в честь романа ‘Поминки по Финнегану’ ирландского писателя Джеймса Джойса

Кварки – это частицы, из которых состоят протоны нейтроны , а также другие виды крошечных частиц, называемых адронами

Эти термины могут запутать, но вам не нужно понимать их на таком техническом уровне, чтобы знать, что такое кварк: мельчайшие частицы материи , которые свободно взаимодействуют с четырьмя элементарными физическими силами: гравитационной силой , электромагнитной силой, сильной ядерной силой и слабой ядерной силой

Наряду с лептонами, кварки являются строительными блоками материи. Так же как существует материя и антиматерия , существуют кварки и антикварки

Кроме того, существует шесть типов или ароматов кварков. Таким образом, все мезоны и барионы материи, т.е. более 200 различных субатомных частиц, могут быть созданы путем объединения трех различных кварков (или антикварков) (барионы) или кварка-антикварка (мезоны), связанных между собой сильными взаимодействиями

Открытие кварков

В течение многих десятилетий предполагалось, что протоны, нейтроны и электроны являются фундаментальными частицами материи, то есть, что ничто не может существовать меньше их

Однако изучение так называемых нуклонов (нейтронов и протонов, обитателей ядра атома ) показало, что их размер намного больше, чем у электронов, и это может означать, что они состоят из чего-то меньшего и более простого. Кварки появились, чтобы ответить на этот вопрос

Одновременно они были предложены в 1964 году Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом , хотя и совершенно независимо. Эти ученые отметили необходимость существования кварков из-за природы сильного взаимодействия между частицами в атомном ядре

Более того, многие из их свойств были необъяснимы, если не существовало внутренних структур внутри протонов и нейтронов. Таким образом, было предложено существование трех меньших частиц, названных кварками (позднее кварки, хотя Цвейг первоначально предложил название тузы), которые имели бы электрический заряд 1/3 и 2/3 заряда

Эта гипотеза была проверена экспериментально в SLAC (Стэнфордский центр линейных ускорителей) в более поздние годы. Но эксперимент показал, что существует не три, а шесть частиц, из которых могут состоять протоны и нейтроны. За это открытие Тейлор, Кендалл и Фридман получили Нобелевскую премию по физике в 1990 году

Кварковая модель

Каждый тип кварков обладает специфическими характеристиками.

В современной стандартной модели материи кварки занимают самое простое место в веществе

В зависимости от типа кварков, которые мы объединяем, мы можем получить различные типы частиц, в соответствии с правилом классификации адронов (так называемая Кварковая модель), которая устанавливает шесть различных типов кварков (или ароматов), каждый из которых наделен квантовым числом, определяющим его электрический заряд:

• Вверх . Наделена изоспином +1/2 в качестве квантового числа.
• Abajo (вниз). Наделена изоспином -1/2 в качестве квантового числа.
• Очарование. Наделена шармом +1 в качестве квантового числа.
• Strange (strange) . Наделена странностью -1 как квантовое число.
• Вершина или истина. Наделена вершиной +1.
• Bottom (низ) или beauty (красота). Наделенный неполноценностью (низостью) -1.

Все это может выглядеть очень странно и напоминать что-то из видеоигры, но это имеет смысл в рамках кварковой модели, если мы считаем, что эти крошечные частицы объединяются в триплеты или триады, образуя различные виды более крупных субатомных частиц

Когда сумма их зарядов дает целые числа, они образуют адроны

К этому, однако, следует добавить, что кварки могут иметь еще три вида заряда, который является цветом. Дело, однако, не в цвете, а в том, что именно такое название ученые дали этому свойству, которое является разновидностью сродства, отвечающего за сильное ядерное притяжение (посредством еще одной частицы, называемой глюонами)

Эти цвета могут быть синими, зелеными или красными, и именно они отличают, например, нейтроны и протоны от электронов (лептоноподобных частиц), поскольку последние не состоят из кварков и испытывают не сильное ядерное взаимодействие, а слабое

Согласно этой модели, фундаментальными частицами материи являются кварки и лептоны

Другие субатомные частицы

Другими типами субатомных частиц являются:

• Фермионы. Наряду с бозонами, они являются фундаментальными частицами материи, характеризующимися наличием спина или полуцелого углового момента (1/2, 3/2 и т.д.). Существует только два типа фермионов: кварки и лептоны.
• Лептоны. Они являются разновидностью фермионов, наделены спином ½ (+ или -) и, в отличие от кварков, не испытывают сильного ядерного взаимодействия материи. Существует шесть типов лептонов: электроны, мюоны, тау, электронные нейтрино, мюонные нейтрино и тау-нейтрино. Первые три имеют электрический заряд +1 или -1, а остальные – 0.
• Бозоны. Вместе с фермионами это фундаментальные частицы материи, характеризующиеся целочисленным спином (0, 1, 2 и т.д.) и не подчиняющиеся принципу исключения Паули. Примерами бозонов являются фотоны, глюоны или гравитоны, то есть частицы, в которых задействованы известные силы.
• мезоны. Это бозоны, т.е. адроны с целочисленным спином 0 или 1, которые реагируют на сильное ядерное взаимодействие, и поэтому состоят из кварков, в соответствии с кварк-антикварковым состоянием.
• барионы. Они состоят из трех кварков, и их наиболее представительными примерами являются нейтрон и протон, хотя существуют и другие, крайне нестабильные типы.

Продолжение: Квантовая механика