81 obserwujących
351 notek
830k odsłon
4227 odsłon

Wyobraźnia bez rygorów eksperymentu ma wartość śmiecia intelektualnego? – cz.5

Wykop Skomentuj81

Odkrycie mezonu J/ψ potwierdziło model kwarkowy i doprowadziło do szybkich zmian w fizyce cząstek wysokoenergetycznych. Jednym z najważniejszych zdarzeń w tych czasach, jest właśnie pojawienie się Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych, który usystematyzował kilkaset cząstek subatomowych i uznał właściwe cząstki za elementarne.

Teoria kwarków to teoria budowy hadronów. Główna idea tej teorii jest prosta: wszystkie hadrony są zbudowane z drobniejszych cząstek – kwarków. Kwarki mają ułamkowy ładunek elektryczny który wynosi albo (-1/3), albo (+2/3) ładunku elektronu. Kombinacja dwóch i trzech kwarków może mieć sumaryczny ładunek równy 0 lub 1. Wszystkie kwarki mają spin równy ½, czyli są fermionami. Gell-Mann i Zweig, aby uwzględnić wszystkie w latach 60-tych znane hadrony wprowadzili 3 aromaty kwarków: u (od up – górny), d (od down- dolny) i s (od strange – dziwny).

Ponadto każdy kwark charakteryzuje się analogiem ładunku elektrycznego, który służy jako źródło pola gluonowego. Nazwano go kolorem (termin ten nie ma nic wspólnego z kolorami). Jeśli pole elektromagnetyczne jest generowane przez ładunek tylko jednego rodzaju, to bardziej złożone pole gluonowe jest tworzone przez trzy różne ładunki kolorów. Każdy kwark jest "kolorowy" w jednym z trzech możliwych kolorów, które (całkowicie dowolnie) nazwano jest czerwonym, zielonym i niebieskim. A zatem antykwarki są anty-czerwone, anty-zielone i anty-niebieskie.

Kwarki mogą łączyć się ze sobą na jeden z dwóch możliwych sposobów: trójkami lub parami kwark-antykwark. Z trzech kwarków są zbudowane względnie ciężkie cząstki – bariony. Najbardziej znane bariony to neutron i proton, który składa się z dwóch u - i jednego d-kwarka (uud) oraz neutron z dwóch kwarków d i jednego kwarka u (udd). Lżejsze pary kwark - antykwark tworzą cząstki zwane mezonami i opisane są w tablicy mezonów 

image

Aby "trio" kwarków nie rozpadło się, konieczna jest siła trzymająca je, rodzaj "superkleju". Nośniki tej siły to gluony. I "kolorowe ładunki" kwarków są wspólnie kompensowane, więc w rezultacie hadrony okazują się "białe" (lub lepiej bezbarwne).

Kwarki są związane ze sobą w wyniku silnych oddziaływań i nigdy nie zobaczymy swobodnego kwarka.

Gluony mają również różne kolory, ale nie są czyste, ale zmieszane. Gluony charakteryzują się "kolorem" i "antykolorem" (na przykład niebiesko-antyzielony). Dlatego emisji lub absorpcji gluonu towarzyszy zmiana barwy kwarka. Na przykład czerwony kwark, tracąc czerwono-antyniebieski gluon, zamienia się w niebieski kwark, a zielony kwark, wchłaniając niebiesko-antyzielony gluon, zamienia się w niebieski kwark.

Z punktu widzenia chromodynamiki kwantowej (kwantowa teoria koloru) silne oddziaływanie jest niczym więcej jak dążeniem do zachowania pewnej abstrakcyjnej symetrii natury: zachowaniem białego koloru wszystkich hadronów przy zmianie koloru ich składowych - kwarków. Na przykład w protonie trzy kwarki nieustannie wymieniają się gluonami, zmieniając swój kolor. Jednak takie zmiany nie są dowolne, a podlegają surowej zasadzie: w dowolnym momencie "sumaryczny" kolor trzech kwarków powinien być białym, to znaczy tworzyć "czerwony + zielony + niebieski". Dotyczy to również mezonów składających się z pary kwark - antykwark. Ponieważ antykwark charakteryzuje się antybarwnością, taka kombinacja jest oczywiście bezbarwna ("biała"), na przykład czerwony kwark w połączeniu z anty-czerwonym kwarkiem tworzy bezbarwny ("biały") mezon.

Aktualnie fizycy uważają kwarki za autentycznie elementarne cząstki – „punktowe”, niepodzielne bez wewnętrznej struktury.

Już w 1969 roku udało się uzyskać bezpośrednie fizyczne dowody istnienia kwarków w serii eksperymentów na rozpraszaniu przyspieszonych do wysokich energii elektronów przez protony. Eksperyment wykazał, że rozproszenie elektronów miało miejsce tak, jakby elektrony zderzały się wewnątrz protonu ze stałymi cząstkami i odbijały się od nich pod najbardziej nieoczekiwanymi kątami. Takie stałe inkluzje wewnątrz protonów to właśnie kwarki.

image

17 podstawowych cząstek Modelu Standardowego. Protony i neutrony, które regularnie spotykamy wokół nas, składają się z kombinacji kwarków. Standardowy model fizyki cząstek dzieli elementarne cząstki materii na oddzielne rodziny: leptony i kwarki. Każda rodzina składa się z sześciu cząstek, które są powiązane parami lub "generacjami". Najlżejsze i najbardziej stabilne cząstki tworzą pierwszą generację, podczas gdy cięższe i mniej stabilne cząstki należą do drugiego i trzeciego pokolenia. Sześć leptonów jest ułożonych w trzy generacje - "elektron" i "neutrino elektronowe", "mion" i "neutrino mionowe" oraz "tau" i "neutrino tau". Sześć kwarków jest podobnie połączonych w pary trzy pokolenia - "kwark górny" i "kwark dolny" tworzą pierwsze pokolenie, a następnie "kwark dziwny" i "powabny kwark", a następnie "piękny kwark" i "kwark prawdziwy". KLIKNIJ! Uruchom interaktywny Model standardowy i klikaj na każdą cząstkę !

Wykop Skomentuj81
Ciekawi nas Twoje zdanie! Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Salon24 news

Co o tym sądzisz?

Inne tematy w dziale Technologie