אוספים

חיי הקוורקים ה"ססגוניים "

חיי הקוורקים ה

בשנת 400 לפני הספירה הפילוסוף היווני דמוקריטיס הציע את הרעיון שלאָטוֹם. הוא חשב שאם תיקח פיסת חומר ותחלק אותה שוב ושוב, בסופו של דבר תגיע למצב שלא ניתן לחלק אותה עוד יותר.

דמוקריטוס גם חשב שלאטומים של חומרים שונים יש גדלים, משקלים וצורות שונות. היום אנחנו יודעים שהוא היה בדיוק נכון.

קשורים: חלקים המכילים 5 קווארקים שהתגלו במתקן ההידרון הגדול

כ -2,000 שנה מאוחר יותר, בשנת 1814, כימאי אנגלי ג'ון דלטון הציע שכל החומר יהיה מורכב מאטומים, ושאפשר לאפיין יסודות בודדים במשקל האטומים שלהם.

בשנת 1911, פיזיקאי יליד ניו זילנד ארנסט רתרפורד הציע מודל של אטום המורכב מגרעין אטום טעון חיובי המורכב מפרוטונים ונויטרונים ומוקף על ידי אלקטרונים טעונים שלילית. בשנת 1913, פיזיקאי דני נילס בוהר שיכלל את המודל הזה כדי לכלול אורביטלים ספציפיים עבור האלקטרונים. בשנת 1926, פיזיקאי אוסטרי ארווין שרדינגר הבהיר את "מודל הענן" לאלקטרונים.

"שלושה קווארקים למאסטר מארק!"

כיום אנו יודעים שהפרוטונים והנייטרונים בגרעין האטום מורכבים מ קווארקים. את השם הזה העניק להם הפיזיקאי האמריקאי מאריי גל-מאן, שלקח את השם מהרומן פיניגנז וייק מאת ג'יימס ג'ויס: "שלושה קווארקים למוסטר מארק! בטוח אין לו הרבה קליפות. ובטוח שיש לו הכל ליד הסימן."

גל-מאן ופיזיקאי ג'ורג 'צווייג העלה באופן עצמאי את השערת הקווארק, למרות שוויג כינה את החלקיקים "אסים". בזמן שגל-מאן, שמת במאי האחרון, קיבל את פרס נובל לפיזיקה לשנת 1969 על עבודתו, צווייג עדיין לא זכה לכבוד כל כך.

על פי התיאוריה קוורקים מתאחדים ויוצרים חלקיקים מרוכבים הנקראים הדרונים. פרוטונים ונויטרונים הם צורות יציבות של הדרונים. עקב תופעה שנקראתכליאת צבע, לא ניתן לצפות ישירות בקוורקים, הם נמצאים רק בהדרונים.

שישה "טעמים" של קווארק

ישנם שישה סוגים, או טעמים, של קווארק, נקראלְמַעלָה, מטה, קסם, מוּזָר, חלק עליון ו תַחתִית. לכל טעם של קוורק, ישנו חלקיק מקביל, הנקרא אנטיקארק.

אנטיקורקים נבדלים מקוורקים בכך שחלק מתכונותיהם, כגון מטען חשמלי, הן בעלות גודל שווה אך סימן מנוגד.

לקווארקים יש מאפיינים מהותיים מסוימים:
* מטען חשמלי
* מסה
* סיבוב
* טעינת צבע

תכונה אחרונה זו - מטען צבע - היא שגורמת לקווארקים לעסוק ב אינטראקציה חזקה, והתיאוריה מאחורי אינטראקציה זו נקראת כרומודינמיקה קוונטית (QCD).

תיאוריית ה- QCD קובעת כי ישנם שלושה סוגים של מטען צבע - כחול, ירוק ואדום, ושלושה סוגים של צבע אנטי-צבע - נגד צבע, נגד ירוק ועדיף. פיסיקאים מייצגים צבעים אנטי אלה - אנטי-ירוקים, אנטי-ירוקים ואנטי-טוליים - כציאן, מגנטה וצהוב, בהתאמה. כל קוורק נושא צבע, ואילו כל אנטיקארק נושא צבעוניות.

מערכת משיכה ודחייה זו בין קווארקים הטעונים בשילובים שונים של שלושת הצבעים נקראת אינטראקציה חזקה, והכוח מועבר על ידי חלקיקים נושאי כוח הנקראים גלואונים.

"צבע לבן

"לעולם הקווארק יש כל קשר ליגואר שמסתובב בלילה" - ארתור סזה

קווארק בעל ערך צבע יחיד, נניח, כחול, יכול ליצור מערכת עם אנטיקארק שיש לו את הצבע האנטי-צבעוני המקביל, במקרה זה, נוגד כותרת. התוצאה היא ניטרליות צבעים, או צבע "לבן", והתוצאה שתי קווארק מזון יש מטען צבע נטו של אפס. מזון הוא כל אחד מבני משפחת החלקיקים התת אטומיים המורכב מקוורק ו אנטיקארק.

בריונים, שהפרוטון והנויטרון הם הדוגמאות הנפוצות ביותר מהם, נוצרים משלושה קווארקים. לקווארק אחד חייבת להיות מטען צבע כחול, אחד חייב להיות מטען צבע ירוק, והשלישי חייב להיות מטען צבע אדום. התוצאה היא ניטרליות צבעים, או "לבן".

כנ"ל לגבי אנטיבריונים, המורכבים מתרופות עתיקות אחד בעלות נוגד צבע למטען צבע, אנטיקארק אחד בעל מטען צבע של אנטי-ירוק, ועתיק עתיק אחד בעל מטען צבע כבעלי דם.

בעוד שתכונת טעינת הצבעים של קווארקים וגלואונים אינה קשורה לחלוטין למשמעות היומיומית של צבע, היא הפכה למודל פופולרי בשל האנלוגיה שלה לצבעי היסוד. ריצ'רד פיינמן, פיזיקאי אמריקאי שלא היה ידוע שהוא סובל שוטים בשמחה, כינה את עמיתיו כ"פיזיקאים אידיוטים "על כך שבחרו את השם המבלבל," צבע ".

הגלון

החלקיק שמעביר, או מתווך, הכוח החזק בין הקווארקים נקרא גלון. כדי לאפשר את כל האינטראקציות האפשריות בין שלושת הצבעים של הקווארקים, חייבים להיות שמונה גלונים, שכל אחד מהם נושא תערובת של צבע ואנטי-צבע. למשל, אדום ואנטי-ירוק.

בעוד החלקיק הנושא בכוח עבור הכוח האלקטרומגנטי, ה פוטון, יכול לפעול למרחקים עצומים, הגלון פועל בטווח קרוב - מאוד טווח קרוב. זה מוגבל למרחק של כ -10−15 מטר, שהוא קצר מקוטרו של גרעין אטום.

זה מסביר מדוע הקווארקים מוגבלים בבריונים, כגון פרוטונים ונויטרונים, ובמזונים, ולא ניתן לצפות בהם באופן עצמאי. גם אם אתה מפעיל אנרגיה אדירה ודופק קווארק יחיד מפרוטון, במקום לקבל את הקווארק, היית מקבל זוג קווארק-אנטיקארק, או מזון.


צפו בסרטון: להיות מדען עם פרופסור דן - מבנה החומר (דֵצֶמבֶּר 2021).