אנו מסבירים מהם קווארקים, כיצד הם התגלו ומהו מודל הקווארקים. כמו כן, חלקיקים תת-אטומיים אחרים.
קווארקים הם חלקיקים קטנים יותר מניוטרונים ופרוטונים.מה זה קווארקים?
הקווארקים או הקווארקים הם סוג של חלקיק תת אטומי אלמנטלי, שנכלל בקטגוריה של פרמיונים, ואשר האינטראקציות החזקות שלהם מהוות את חוֹמֶר של גרעיני אטום. שמו בא מהרומן פיניגנז וייק מאת הסופר האירי ג'יימס ג'ויס.
הקווארקים הם חלקיקיהם פרוטונים י נויטרונים הם עשויים, כמו גם סוגים אחרים של חלקיקים זעירים הנקראים האדרונים.
המונחים האלה יכולים לבלבל, אבל אתה לא צריך להבין אותם ברמות טכניות כאלה כדי לדעת מה זה קווארק: החלקיקים הזעירים ביותר בקווארק. חוֹמֶר, המקיימים אינטראקציה חופשית עם ארבעת הכוחות הפיזיקליים היסודיים: כוח כבידה, כוח אלקטרומגנטי, כוח גרעיני חזק וכוח גרעיני חלש.
יחד עם הלפטונים, הקווארקים הם אבני הבניין של החומר. בדיוק כמו שיש חומר ו אנטי חומר, יש גם קווארקים ואנטי-קווארקים.
בנוסף, ישנם שישה סוגים או "טעמים" של קווארק. כך, ניתן לבנות את כל המזונים והבריונים של החומר, כלומר יותר מ-200 חלקיקים תת-אטומיים שונים, על ידי שילוב של שלושה קווארקים (או אנטי-קווארקים) שונים (בריונים), או קווארק-אנטיקווארק (מזונים), המאוחדים על ידי אינטראקציות חזקות. .
גילוי של קווארקים
במשך עשורים רבים ההנחה הייתה כי פרוטונים, נויטרונים, ו אלקטרונים הם היו החלקיקים הבסיסיים של החומר, כלומר, שום דבר לא יכול להתקיים קטן מהם.
עם זאת, המחקר של מה שנקרא נוקלאון (נייטרונים ופרוטונים, תושבי הגרעין של אָטוֹם) הראו שגודלם גדול בהרבה מזה של אלקטרונים ושאפשר להניח שהם בתורם יהיו מורכבים ממשהו קטן ופשוט יותר. הקווארקים באו לענות על השאלה הזו.
במקביל, הם הוצעו ב-1964 על ידי מורי גל-מאן וג'ורג' צווייג, אם כי באופן עצמאי לחלוטין. מדענים אלה הבחינו בצורך בקיומם של קווארקים על ידי אופי האינטראקציה החזקה בין חלקיקים בגרעין האטום.
יתר על כן, רבים ממאפייניו היו בלתי מוסברים אלא אם כן מבנים פנימי בתוך פרוטונים וניוטרונים. לפיכך, קיומם של שלושה חלקיקים קטנים יותר, הנקראיםקוורקים (כתוצאה מכךקווארקים, למרות שצוויג הציע בתחילה את השםאסים או "אסים"), שיהיו להם אמטען חשמלי עומס של 1/3 ו-2/3.
השערה זו נבדקה בניסוי ב-SLAC (מרכז המאיץ הליניארי של סטנפורד או "Stanford Center for Linear Accelerator" בשנים מאוחרות יותר. אבל הניסוי הצביע על כך שלא היו שלושה אלא שישה חלקיקים שיכולים להרכיב פרוטונים וניוטרונים. על התגלית הזו זכו טיילור, קנדל ופרידמן בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1990.
דגם קווארק
לכל סוג של קווארק יש מאפיינים ספציפיים.בתוך המודל הסטנדרטי של החומר שאנו מטפלים בו כיום, קווארקים תופסים את המקום הפשוט ביותר בחומר.
בהתאם לסוג הקווארקים שאנו משלבים, נוכל להשיג סוגים שונים של חלקיקים, לפי כלל סיווג האדרונים (מה שנקרא "מודל קווארקים"), הקובע שישה סוגים שונים של קווארקים (או טעמים, "טעמים"), כל אחד מהם ניחן ב"מספר קוונטי" המגדיר את המטען החשמלי שלו:
- למעלה (לְמַעלָה). ניחן באיזוספין +1/2 כמספר קוונטי.
- למטה (מטה). ניחן באיזוספין -1/2 כמספר קוונטי.
- קסם (קסם). ניחן בצ'ארם +1 כמספר קוונטי.
- מוזר (מוּזָר). ניחן במוזרות -1 כמספר קוונטי.
- תפסיק (חלק עליון) או אמת (אֶמֶת). ניחן בעליונות (צמרת) +1.
- תחתון (תַחתִית) או יופי (יוֹפִי). ניחן בנחיתות (תחתית) -1.
כל זה עשוי להיראות מוזר מאוד ולהיראות כמו משהו מתוך משחק וידאו, אבל זה הגיוני בתוך מודל הקווארק, אם אנחנו חושבים שהחלקיקים הזעירים האלה מתאחדים בשלישיות או שלשות כדי ליצור סוגים שונים של חלקיקים תת-אטומיים גדולים יותר.
כאשר סכום המטענים שלהם נותן מספרים שלמים, הם יוצרים האדרונים.
עם זאת יש להוסיף לכך שלקווארקים יכולים להיות שלושה סוגי מטען נוספים, שהם "צֶבַע". עם זאת, זה לא באמת קשור לצבע, אבל זה השם שהמדענים נתנו למאפיין הזה שהוא סוג של זיקה, האחראי על המשיכה הגרעינית החזקה (דרך עוד חלקיק שנקרא "גלואונים").
צבעים אלו יכולים להיות כחול, ירוק או אדום, וזה מה שמבדיל, למשל, נייטרונים ופרוטונים מאלקטרונים (חלקיקים מסוג לפטון), שכן האחרונים אינם עשויים מקווארקים ואינם חשים את האינטראקציה הגרעינית החזקה אלא את החלשים. .
לפי מודל זה, החלקיקים הבסיסיים של החומר הם קווארקים ולפטונים.
חלקיקים תת-אטומיים אחרים
סוגים אחרים של חלקיקים תת-אטומיים הם:
- פרמיונים. יחד עם בוזונים, הם החלקיקים הבסיסיים של החומר, המאופיינים בספין חצי שלם או תנע זוויתי (1/2, 3/2 וכו'). ישנם רק שני סוגים של פרמיונים: קווארקים ולפטונים.
- לפטונים הם סוג של פרמיון, שניחן בחצי ספין (או + או -) ואינו חווה, בניגוד לקווארקים, את האינטראקציה הגרעינית החזקה של החומר. ישנם שישה סוגים של לפטונים: אלקטרונים, מיואונים, טאוס, נייטרינו אלקטרונים, נויטרינו מיאון וניטרינו טאו. לשלושת הראשונים יש מטען חשמלי +1 או -1, ולשאר יש מטען 0.
- בוזונים. יחד עם פרמיונים, הם החלקיקים הבסיסיים של החומר, המאופיינים בכך שהם בעלי ספין שלמים (0, 1, 2 וכו') ואינם עומדים בעקרון ההרחקה של פאולי. דוגמאות לבוזונים הם פוטונים, גלוונים או גרביטונים, כלומר חלקיקים הכוללים כוחות ידועים.
- מסונים. הם בוזונים, כלומר הדרונים של ספין שלם 0 או 1, המגיבים לאינטראקציה הגרעינית החזקה, ולכן הם עשויים מקווארקים, לפי מצב הקווארק-אנטיקווארק.
- בריונים הם מורכבים משלושה קווארקים והדוגמאות המייצגות ביותר שלהם הן הנייטרון והפרוטון, אם כי יש גם סוגים אחרים, לא יציבים ביותר.