Quark

Quark , ethvert medlem av en gruppe av elementære subatomære partikler som samhandler ved hjelp av den sterke kraften og antas å være blant de grunnleggende bestanddeler av saken . Quarks forbinder seg med hverandre via den sterke styrken til å utgjøre protoner og nøytroner , på omtrent samme måte som sistnevnte partikler kombineres i forskjellige proporsjoner for å utgjøre atomkjerner. Det er seks typer, eller smaker, av kvarker som skiller seg fra hverandre i masse og ladeegenskaper. Disse seks kvarksmakene kan grupperes i tre par: opp og ned, sjarm og rart, og topp og bunn. Kvarker ser ut til å være sanne elementære partikler; det vil si at de ikke har noen tilsynelatende struktur og kan ikke løses til noe mindre. I tillegg synes kvarker alltid å forekomme i kombinasjon med andre kvarker eller med antikvarker, deres antipartikler, for å danne alle hadroner - de såkalte sterkt interagerende partiklene som omfatte både baryoner og mesoner .

Quarks *

kvarktype	baryon-nummer	lade	merkelighet **	sjarm**	bunn**	topp**	masse (MeV)
* Merk at det finnes antikvarker for alle smaker av kvark og har motsatte verdier for alle kvantetallene som er oppført her.
** Dette er kvantetall som må tildeles kvarkene for å skille mellom de forskjellige smakene.
ned (d)	1/3	- (1/3) e	0	0	0	0	5–15
opp (u)	1/3	+ (2/3) og	0	0	0	0	2–8
rare (r)	1/3	- (1/3) e	−1	0	0	0	100–300
sjarm (c)	1/3	+ (2/3) og	0	1	0	0	1.000–1.600
bunn (b)	1/3	- (1/3) e	0	0	−1	0	4.100–4.500
topp (t)	1/3	+ (2/3) og	0	0	0	1	180.000

Quark smaker

I løpet av 1960-tallet vurderte teoretiske fysikere, som prøvde å redegjøre for det stadig økende antallet subatomære partikler som ble observert i eksperimenter, muligheten for at protoner og nøytroner var sammensatt av mindre enheter av materie. I 1961 foreslo to fysikere, Murray Gell-Mann fra USA og Yuval Neʾeman fra Israel, et partikkelklassifiseringsskjema kalt Eightfold Way, basert på den matematiske symmetri-gruppen SU ​​(3), som beskrev sterkt interagerende partikler i form av byggesteiner . I 1964 introduserte Gell-Mann begrepet kvarker som et fysisk grunnlag for ordningen, etter å ha tatt den fantasifulle betegnelsen fra et avsnitt i James Joyces roman. Finnegans Wake . (Den amerikanske fysikeren George Zweig utviklet en lignende teori uavhengig samme år og kalte sine grunnleggende partikler ess.) Gell-Manns modell ga et enkelt bilde der alle mesoner er vist som består av en kvark og en antikvark og alle baryoner som består av tre kvarker. Det postulerte eksistensen av tre typer kvarker, preget av unike smaker. Disse tre kvarktypene blir nå ofte betegnet som opp ( u ), ned ( d ), og merkelig ( s ). Hver bærer en brøkdel av elektronladningen (dvs. en ladning som er mindre enn elektronens, er ). Oppkvarken (ladning^to/₃ er ) og dunkvark (lade -¹/₃ er ) utgjør protoner og nøytroner og er dermed de som observeres i vanlig materie. Merkelige kvarker (lade -¹/₃ er ) forekommer som komponenter i K mesoner og forskjellige andre ekstremt kortlivede subatomære partikler som først ble observert i kosmiske stråler, men som ikke spiller noen rolle i vanlig materie.

hvordan førte den franske og indiske krigen til den amerikanske revolusjonen

Quark farger

Tolkningen av kvarker som faktiske fysiske enheter utgjorde i utgangspunktet to store problemer. Først måtte kvarker ha verdier for halvtallssnurr (indre vinkelmoment) for at modellen skulle fungere, men samtidig så de ut til å bryte med utelukkelsesprinsippet Pauli, som styrer oppførselen til alle partikler (kalt fermioner) som har odd halvdel -tangersnurr. I mange av baryonkonfigurasjonene konstruert av kvarker, måtte noen eller to til og med tre identiske kvarker settes i samme kvante stat - en ordning som er forbudt etter utelukkelsesprinsippet. For det andre så det ut til at kvarker trosset å være frigjort fra partiklene de utgjorde. Selv om de krefter som binder kvarker var sterke, virket det usannsynlig at de var kraftige nok til å tåle bombing av høyenergipartikkelbjelker fra akseleratorer.

Disse problemene ble løst ved innføring av begrepet farge, som formulert i kvantekromodynamikk (QCD). I denne teorien om sterke interaksjoner, hvis gjennombruddsideer ble publisert i 1973, har farge ingenting å gjøre med farger i hverdagens verden, men representerer snarere en egenskap av kvarker som er kilden til den sterke kraften. Fargene rødt, grønt og blått tilskrives kvarker, og deres motsetninger, antired, antigreen og antiblue, tilskrives antikarker. I følge QCD må alle kombinasjoner av kvarker inneholde blandinger av disse imaginære fargene som avbryter hverandre, med den resulterende partikkelen uten nettofarge. En baryon består for eksempel alltid av en kombinasjon av en rød, en grønn og en blå kvark og bryter så aldri eksklusjonsprinsippet. Egenskapen til farge i den sterke kraften spiller en rolle analog til den av elektrisk ladning i den elektromagnetiske kraften, og akkurat som ladning innebærer utveksling av fotoner mellom ladede partikler, involverer også farge utveksling av masseløse partikler som kalles gluoner mellom kvarker. Akkurat som fotoner bærer elektromagnetisk kraft, overfører gluoner kreftene som binder kvarker sammen. Kvarker endrer farge når de avgir og absorberer gluoner, og utvekslingen av gluoner opprettholder riktig fordeling av kvarkfarge.

Bindende krefter og massive kvarker

Bindingskreftene som bæres av gluoner har en tendens til å være svake når kvarker er tett sammen. Innenfor en proton (eller annen hadron), på avstander mindre enn 10⁻¹⁵meter oppfører kvarker seg som om de var nesten gratis. Denne tilstanden kalles asymptotisk frihet. Når man begynner å trekke kvarkene fra hverandre, men som når man prøver å slå dem ut av et proton, blir effekten av kraften sterkere. Dette er fordi, som forklart av QCD, har gluoner muligheten til å skape andre gluoner når de beveger seg mellom kvarker. Hvis en kvark begynner å øke hastigheten fra følgesvennene etter å ha blitt rammet av en akselerert partikkel, bruker gluonene energi som de trekker fra kvarkens bevegelse for å produsere flere lim. Jo større antall gluoner som utveksles mellom kvarker, jo sterkere blir de effektive bindingskreftene. Tilførsel av ekstra energi for å utvinne kvarken resulterer bare i konvertering av den energien til nye kvarker og antikvarker som den første kvarken kombinerer med. Dette fenomenet observeres ved høyenergipartikkelakseleratorer i produksjonen av stråler av nye partikler som kan assosieres med en enkelt kvark.

St. vincent og grenadinene

Oppdagelsen av sjarmen på 1970-tallet ( c ) og bunn ( b ) kvarker og tilhørende antikvarker, oppnådd gjennom opprettelse av mesoner, antyder sterkt at kvarker forekommer parvis. Denne spekulasjonen førte til forsøk på å finne en sjette type kvark kalt topp ( t ), etter den foreslåtte smaken. I følge teorien bærer toppkvarken en belastning på^to/₃ er ; sin partner, den nederste kvarken, har en kostnad på -¹/₃ er . I 1995 rapporterte to uavhengige forskergrupper ved Fermi National Accelerator Laboratory at de hadde funnet toppkvarken. Resultatene deres gir toppkvarken en masse på 173,8 ± 5,2 gigaelektron volt (GeV; 10⁹eV). (Den neste tyngste kvarken, bunnen, har en masse på ca. 4,2 GeV.) Det har ennå ikke blitt forklart hvorfor toppkvarken er så mye mer massiv enn de andre elementære partiklene, men dens eksistens fullfører standardmodellen, den rådende teoretiske ordning av naturens grunnleggende byggesteiner.