Tehát vannak ezek a dolgok, amelyeket kvarkoknak hívnak. (Tudom, bárcsak jobb nevet kapnának, de nem felelõs a fizikában a dolgok elnevezéséért.) A kvarkok kicsi tizenéves apró részecskék (pontosan megértjük, hogy kicsit kicsit), amelyek alapvetõ építőelemei az anyag. Amennyire meg tudjuk mondani, maguk a kvarkok nem semmiféle kisebb méretűek. Ez a jövőben változhat, amint többet megtudunk, de most elég jó.
Hatféle kvark létezik, amelyek mindegyike különböző, de azonos módon furcsa nevekkel rendelkezik: fel, le, felül, alul, furcsa és bájjal. És a neve ellenére a legszebb furcsa a top kvarc.
Nézzünk mélyre.
Felfelé lefelé mutató világ
Messze a leggyakoribb kvarkok a fel és a le. Ők azok, amelyek triplettjeiként összekapcsolódnak protonok (két felfelé és lefelé) és neutronok (két lefelé és fel) kialakítására. A proton és a semleges töltés ismerős pozitív töltésének kialakításához a kvarkoknak frakcionált töltésekre van szükségük. Tudom, hogy furcsának tűnik, de csak azért, mert mi gondolat hogy a protonok és elektronok töltése alapvető fontosságú. Kiderült, tévedtünk. A kvark töltése plusz kétharmad, míg a lefelé irányuló kvarc mínusz harmadánál ül.
A kvarkokat még ennél is zavarba vonzóbb az, hogy meglepően könnyűek. A felfelé irányuló kvarc mindössze 0,2 százaléka a proton tömegének, míg a partner a lefelé kvarc csak a proton tömegének körülbelül 0,5 százaléka. Tehát hogyan lehet ezeknek a mérgező részecskéknek összeadni egy izmos proton tömegét?
A válasz a kvarkokat összekötő erő: az erős nukleáris erő. Ez a kötés a kvarkok között feltűnően erős - legyőzi a hasonló töltésű kvarkok természetes elektromos visszatükröződését. És mivel az energia ugyanaz, mint a tömeg (köszönöm, Einstein!), A proton tömege valójában a ragasztónak köszönhető, nem pedig maguk a kvarkok.
Él a tetején
Nem minden kvark olyan nagy. De a részecskefizika világában a nagy rossz hír. Masszívnak lenni olyan, mintha egy magas, sovány hegy csúcsán lenne. Persze, a kilátások nagyszerűek, de a szellő bármilyen megjegyzése a lebuktatást stabilabb helyzetbe hozza. És a stabil azt jelenti, hogy kicsi - ha egy hatalmas részecske instabilitást szenved, akkor gyorsan átválthat kisebb unokatestvéreinek zuhanyává.
Ez azt jelenti, hogy az élet csak őszibarack a fel és le kvarkok számára. Ők a legkisebbek; tehát amíg nincsenek nagyszerű kilátásuk, nincsenek abban a veszélyben, hogy leesnek egy egzisztenciális szikláról. A következő legnagyobb kvarkok, furcsa és báj, ritkán fordulnak elő a természetben nagy számban. Annyira hatalmasak, hogy ezeket először is nehéz elkészíteni, és amint valamilyen egzotikus eljárás útján előállítják őket, gyorsan valami másra bomlanak, és nem maradnak hátra más, mint egy emlék.
A fizikusok egy ideje azt hitték, hogy csak ez a négy kvark létezik - fel, le, furcsa és báj. De az 1970-es évek elején másképp gyanítottak, amikor megvizsgáltak néhány ritka, a kaonokat érintő hanyatlást (és ismét nem vagyok felelős a dolgok megnevezéséért. A kaon egy furcsa kvarc duója, akár felfelé, akár lefelé kvarc) . Annak elmagyarázása érdekében, hogy milyen furcsa hanyatlás okozta ezeket a kaonokat, az elméleti tudósoknak kitalálniuk kellett egy új kvarkpár létezését, amelyet a tetejére és az aljára neveztek el. Ezek az új kvarkok sokkal, sokkal nehezebbek voltak, mint a másik négy (különben már láthattuk volna őket).
Miután az 5. kvarc (alsó) 1977-ben csatlakozott az ismert és megmért részecskék klubjához, a verseny megkezdte a hatodik és az utolsó (a felső) megtalálását. De a probléma az volt, hogy senkinek sem volt fogalma róla, milyen nagy ez, azaz nem tudtuk, milyen édesebbnek kell lennie a részecskegyorsítók készítéséhez, mielőtt ki tudnánk bukni. A világ minden táján a csoportok korszerűsítették felszerelésüket, és minden évben rövidek voltak, és az akkori hipotetikus részecske tömegét mindig felfelé tolták.
Csak 1995 februárjában a Fermilab kutatói végül kifoghattak egy felső kvarc felfedezését, amelynek tömege a mérlegek majdnem 200-szor nehezebb, mint egy proton. Így van: Noha a fel és le kvarcok alig hajtják végre a proton protonná tételét, addig a felső kvarc könnyedén testet képezhet az egész atomra.
Lépjen be a Higgsbe
A felső kvarc körülbelül 100 trilliószor nehezebb, mint a felsõ kvarc. Ez szép. De miért? Miért vannak a kvarcok ilyen hatalmas tömegű?
Itt jön be a Higgs-bozon. A Higgs-bozon egy mezővel (a Higgs-mező, olyan, mint az elektromágneses mező) van társítva, amely áthatol a téridő egészében, mint egy láthatatlan ragasztó, amely kitölti az univerzumot. Más alapvető részecskéknek, például elektronoknak, neutrinóknak és kvarkoknak, ezen a medencén keresztül kell úszniuk, hogy helyről a helyre menjenek. Az a tény, hogy az alapvető részecskék nem hagyhatják figyelmen kívül a Higgs-mezőt, (különféle és különböző matematikákon keresztül) az oka annak, hogy tömegük van.
Akkor egy nyom. Ha a Higgs valamilyen módon kapcsolódik a tömeg fogalmához, és a felső kvark messze van a kvarkok legnehezebb részétől, akkor a Higgs-bozonnak és a felső kvarknak legjobb a barátok.
És így az évek során a felső kvarc egy kapuná vált a Higgs megértésében, és remélhető, hogy maga maga a Higgs további tanulmányozása útján némi nézetet kaphatunk a felső kvarc titokzatosan nagy tömegéről.
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, házigazda Kérdezz egy űrhajóstól és Space Radio, és a Helyed az univerzumban.
