Taigi yra šie dalykai, vadinami kvarkais. (Aš žinau, norėčiau, kad jie turėtų geresnį vardą, bet aš nesu atsakingas už dalykų įvardijimą fizikoje.) Kvarkai yra mažos paauglystės mažytės dalelės (mes suprasime, kad jos yra šiek tiek mažos), kurios yra pagrindiniai elementai. materijos. Kiek mes galime pasakyti, patys kvarkai nėra pagaminti iš nieko mažesnio. Ateityje tai gali pasikeisti, kai sužinome daugiau, tačiau kol kas tai pakankamai gerai.
Yra šešių rūšių kvarkai, kurių kiekvienas turi skirtingus, bet vienodai keistus vardus: aukštyn, žemyn, viršuje, apačioje, keistai ir žaviai. Ir nepaisant savo pavadinimo, keisčiausias iš lyties atstovų iš tikrųjų yra aukščiausias kvarkas.
Kasime giliai.
Apverstas pasaulis
Labiausiai paplitę kvarkai yra aukštyn ir žemyn. Jie yra tie, kurie susilieja į trejetus ir sudaro protonus (du aukštyn ir žemyn) ir neutronus (du žemyn ir aukštyn). Norint suformuoti žinomą teigiamą protono ir neutronų krūvį, kvarkams reikia trupmeninių krūvių. Aš žinau, kad tai skamba keistai, bet taip yra tik todėl, kad mes galvojo kad protonų ir elektronų krūvis buvo pagrindinis. Pasirodo, klydome. Aukštyn kvarkas turi plius du trečdalius, o žemyn kvarkas sėdi minus trečdalį.
Dar daugiau painiavos dėl kvarkų yra tai, kad jie yra stebėtinai lengvi. Kvarkas aukštyn yra tik 0,2 procento protono masės, o jo partneris žemyn kvarkas sudaro tik apie 0,5 procento protono masės. Taigi, kaip šios matines daleles galima pridėti prie sunkaus protono masės?
Atsakymas yra jėga, jungianti kvarkus: stipri branduolinė jėga. Šis kvarkų surišimas yra akivaizdžiai stiprus - lengvai nukenčia panašiai įkrautų kvarkų natūralus elektrinis atstumas. Ir kadangi energija yra tas pats dalykas, kaip ir masė (ačiū, Einšteinai!), Protono masę iš tikrųjų lemia klijai, o ne patys kvarkai.
Gyvenimas viršuje
Ne visi kvarkai yra tokie dideli. Tačiau dalelių fizikos pasaulyje didelė yra bloga žinia. Būti masyviam yra tarsi būti pačiame aukšto, lieso kalno viršuje. Žinoma, vaizdai yra puikūs, tačiau bet koks vėjo užuomina leis jums pasilenkti į stabilesnę padėtį. O stabilus reiškia mažą - jei esate didžiulė dalelė, patirianti nestabilumą, greitai atsidursite mažesnių pusbrolių dušu.
Tai reiškia, kad aukštyn ir žemyn kvarkais gyvenimas yra tiesiog persikų. Jie mažiausi; Taigi, nors iš jų nėra puikių vaizdų, jiems nėra jokio pavojaus nukristi egzistencine uoliena. Kiti didžiausi kvarkai, keistai ir žavūs, retai sutinkami didelėje gamtos gausoje. Jie yra tokie masyvūs, kad iš pradžių juos sunku pasidaryti, ir kai tik jie yra pagaminti kokio nors egzotiško proceso metu, jie greitai virsta kažkuo kitu, palikdami ne daugiau kaip atmintį.
Fizikai gana ilgai manė, kad yra tik šie keturi kvarkai - aukštyn, žemyn, keistai ir žaviai. Bet aštuntojo dešimtmečio pradžioje jie pradėjo įtarti kitaip, ištyrę keletą retų kaonų atotrūkių (ir vėlgi aš nesu atsakingas už daiktų įvardijimą. Kaonas yra keisto kvarko ir aukštyn, arba žemyn kvarkas duetas) . Norėdami paaiškinti keistą irimą, dėl kurio kilo šie kaonai, teoretikai turėjo atspėti, ar egzistuoja nauja kvarkų pora, kurią jie pavadino viršuje ir apačioje. Šie nauji kvarkai buvo daug, daug sunkesni nei kiti keturi (kitaip mes juos jau būtume matę).
Kai kvarkas Nr. 5 (apačia) 1977 m. Prisijungė prie žinomų ir išmatuotų dalelių klubo, buvo siekiama rasti šeštąjį ir paskutinįjį (viršutinį). Tačiau problema buvo ta, kad niekas neturėjo supratimo, koks jis yra didelis, ty, mes nežinojome, koks jautresnis turėjome pasidaryti dalelių greitintuvus, kad galėtume juos išstumti. Kiekvienais metais grupės visame pasaulyje tobulindavo savo įrankius, ir kiekvienais metais jų pritrūko, vis tolyn didindamos tuomet hipotetinės dalelės masę.
Tik 1995 m. Vasario mėn. „Fermilab“ tyrėjai galėjo pagaliau pareikšti ieškinį dėl viršutinio kvarko atradimo, kurio masė buvo beveik 200 kartų sunkesnė už protoną. Teisingai: Nors aukštyn ir žemyn kvarkai vos neatlieka jokio protono pagaminimo protonu, viršutinė kvarkas lengvai gali lengvai sugerti visus atomus.
Įveskite Higgsą
Viršutinis kvarkas yra apie 100 trilijonų kartų sunkesnis nei kvarkas. Tai malonu. Bet kodėl? Kodėl kvarkai turi tokį didžiulį masių diapazoną?
Čia patenka Higso bozonas. Higso bozonas yra susietas su lauku (Higso lauku, panašiu į elektromagnetinį lauką), kuris persmelkia visą erdvės laiką, tarsi nematomas klijai, užpildantys visatą. Kitos pagrindinės dalelės, tokios kaip elektronai, neutrinai ir kvarkai, turi plaukti per šį lauką, kad eitų iš vienos vietos į kitą. Pats faktas, kad pagrindinės dalelės negali ignoruoti Higso lauko, yra (dėl įvairios ir įvairios matematikos) priežastis, kodėl jos turi masę.
Taigi, tada jau yra užuomina. Jei Higgsas yra kažkaip sujungtas su pačia masės samprata, o viršutinis kvarkas yra toli ir sunkiausias kvarkais, tada Higgso bozonas ir viršutinis kvarkas turi būti geriausia draugų.
Taigi, bėgant metams, aukščiausias kvarkas tapo vienais vartais į mūsų supratimą apie Higgsą, ir tikimasi, kad toliau tirdami patį Higgsą, mes galime susidaryti perspektyvų paslaptingai didelėje viršutinio kvarko masėje.
Paulius M. Sutteris yra astrofizikas Ohajo valstijos universitetas, šeimininkas Paklauskite erdvėlaivio ir Kosminis radijas, ir autorius Jūsų vieta Visatoje.
