Vi forklarer hva kvarker er, hvordan de ble oppdaget og hva kvarkmodellen er. Også andre subatomære partikler.
Kvarker er partikler mindre enn nøytroner og protoner.Hva er kvarker?
Kvarkene eller kvarkene er en type subatomær partikkel elementær, som faller innenfor kategorien fermioner, og hvis sterke interaksjoner utgjør saken av atomkjerner. Navnet kommer fra romanen Finnegan's Wake av den irske forfatteren James Joyce.
Det er kvarkene som er partiklene protoner Y nøytroner de er laget, så vel som andre typer bittesmå partikler kalt hadroner.
Disse begrepene kan være forvirrende, men du trenger ikke å forstå dem på slike tekniske nivåer for å vite hva en kvark er: de minste partiklene i kvarken. saken, som samhandler fritt med de fire elementære fysiske kreftene: Tyngdekraft, elektromagnetisk kraft, sterk kjernekraft og svak kjernekraft.
Sammen med leptoner er kvarker selve byggesteinene i materien. Akkurat som det er materie og antimaterie, det er også kvarker og antikvarker.
I tillegg er det seks typer eller «smaker» av kvark. Dermed kan alle materiens mesoner og baryoner, det vil si mer enn 200 forskjellige subatomære partikler, bygges ved å kombinere tre forskjellige kvarker (eller antikvarker) (baryoner), eller en kvark-antikvark (mesoner), forent av sterke interaksjoner. .
Oppdagelse av kvarker
I mange tiår ble det antatt at protoner, nøytroner og elektroner de var de grunnleggende partikler av materie, det vil si at ingenting kunne eksistere mindre enn dem.
Imidlertid, studiet av de såkalte nukleonene (nøytroner og protoner, innbyggere i kjernen i atom) viste at størrelsen deres var mye større enn elektronenes størrelse, og at det kunne antas at de igjen ville bestå av noe mindre og enklere. Kvarkene kom for å svare på det spørsmålet.
Samtidig ble de foreslått i 1964 av Murray Gell-Mann og George Zweig, selv om de var helt uavhengige. Disse forskerne observerte behovet for kvarker å eksistere på grunn av den sterke interaksjonen mellom partikler i atomkjernen.
Videre var mange av egenskapene uforklarlige med mindre det var det strukturer indre inne i protoner og nøytroner. Dermed eksistensen av tre mindre partikler, kaltquorks (i ettertidkvarker, selv om Zweig opprinnelig foreslo navnetess eller "ess"), som vil ha enelektrisk ladning 1/3 og 2/3 belastning.
Denne hypotesen ble testet eksperimentelt i SLAC (Stanford Linear Accelerator Center eller "Stanford Center for Linear Accelerator" i senere år. Men eksperimentet påpekte at det ikke var tre, men seks partikler som kunne utgjøre protoner og nøytroner. For denne oppdagelsen vant Taylor, Kendall og Friedman 1990 Nobelprisen i fysikk.
Quark modell
Hver type kvark har spesifikke egenskaper.Innenfor standardmodellen av materie som vi håndterer i dag, opptar kvarker den enkleste plassen i materien.
Avhengig av typen kvarker vi kombinerer, kan vi få forskjellige typer partikler, i henhold til hadronklassifiseringsregelen (den såkalte "kvarkmodellen"), som etablerer seks forskjellige typer kvarker (eller smaker, "Smaker"), hver og en utstyrt med et "kvantenummer" som definerer dens elektriske ladning:
- Ovenfor (opp). Utstyrt med et isospin +1/2 som et kvantenummer.
- Nedenfor (ned). Utstyrt med et isospin -1/2 som et kvantenummer.
- Sjarm (sjarm). Utstyrt med en sjarm +1 som et kvantenummer.
- Rar (rar). Utstyrt med en merkelighet -1 som et kvantetall.
- Stoppe (topp) eller sannhet (sannhet). Utstyrt med en overlegenhet (topphet) +1.
- Nederst (bunn) eller skjønnhet (skjønnhet). Utrustet med en underlegenhet (bunn) -1.
Alt dette kan se veldig rart ut og virke som noe fra et videospill, men det gir mening innenfor kvarkmodellen, hvis vi tror at disse bittesmå partiklene kommer sammen i tripletter eller triader for å danne forskjellige typer større subatomære partikler.
Når summen av ladningene deres gir hele tall, danner de hadroner.
Til dette skal imidlertid legges til at kvarker kan ha ytterligere tre typer ladning, som er "farge". Det handler egentlig ikke om fargen, men det er navnet som forskerne ga til denne egenskapen som er en type affinitet, ansvarlig for den sterke kjernefysiske attraksjonen (gjennom enda en partikkel kalt "gluoner").
Disse fargene kan være blå, grønn eller rød, og det er det som skiller for eksempel nøytroner og protoner fra elektroner (partikler av lepton-typen), siden de sistnevnte ikke er laget av kvarker og ikke kjenner den sterke kjernevekselvirkningen men de svake. .
I følge denne modellen er de grunnleggende partiklene i materie kvarker og leptoner.
Andre subatomære partikler
Andre typer subatomære partikler er:
- Fermioner. Sammen med bosoner er de de fundamentale partiklene av materie, karakterisert ved å ha et semi-heltallsspinn eller vinkelmomentum (1/2, 3/2, etc.). Det finnes bare to typer fermioner: kvarker og leptoner.
- Leptoner De er en type fermion, utstyrt med ½ spinn (enten + eller -) og som ikke opplever, i motsetning til kvarker, den sterke atominteraksjonen mellom materie. Det er seks typer leptoner: elektroner, myoner, taus, elektronnøytrinoer, myonnøytrinoer og tau-nøytrinoer. De tre første har en +1 eller -1 elektrisk ladning, og resten har en 0 ladning.
- Bosoner. Sammen med fermioner er de de grunnleggende partikler av materie, karakterisert ved å ha et heltallsspinn (0, 1, 2, etc.) og overholder ikke Pauli-eksklusjonsprinsippet. Eksempler på bosoner er fotoner, gluoner eller gravitoner, det vil si partikler som involverer kjente krefter.
- Mesoner. De er bosoner, det vil si hadroner med heltallsspinn 0 eller 1, som reagerer på den sterke atominteraksjonen, så de er laget av kvarker, i henhold til kvark-antikvark-staten.
- Baryoner De er sammensatt av tre kvarker og deres mest representative eksempler er nøytronet og protonet, selv om det også finnes andre typer, ekstremt ustabile.