Vi förklarar vad kvarkar är, hur de upptäcktes och vad kvarkmodellen är. Även andra subatomära partiklar.
Kvarkar är partiklar mindre än neutroner och protoner.Vad är kvarkar?
Kvarkar eller kvarkar är en typ av subatomär partikel elementär, som faller inom kategorin av fermioner, och vars starka interaktioner utgör materia av atomkärnor. Dess namn kommer från romanen Finnegan's Wake av den irländska författaren James Joyce.
Kvarkarna är partiklarna av vilka protoner Y neutroner de är gjorda, liksom andra typer av små partiklar som kallas hadroner.
Dessa termer kan vara förvirrande, men du behöver inte förstå dem på sådana tekniska nivåer för att veta vad en kvarg är: de minsta partiklarna i kvarken. materia, som interagerar fritt med de fyra elementära fysiska krafterna: Gravitationskraften, elektromagnetisk kraft, stark kärnkraft och svag kärnkraft.
Tillsammans med leptoner är kvarkar själva byggstenarna i materien. Precis som det finns materia och antimateria, det finns också kvarkar och antikvarkar.
Dessutom finns det sex typer eller "smaker" av kvarg. Alltså kan alla materiens mesoner och baryoner, det vill säga mer än 200 olika subatomära partiklar, byggas genom att kombinera tre olika kvarkar (eller antikvarkar) (baryoner), eller en kvarka-antikvark (mesoner), förenade av starka interaktioner. .
Upptäckten av kvarkar
Under många decennier antogs att protoner, neutroner och elektroner de var materiens grundläggande partiklar, det vill säga ingenting kunde existera mindre än dem.
Men studiet av de så kallade nukleonerna (neutroner och protoner, invånare i kärnan i atom) visade att deras storlek var mycket större än elektronernas och att det kunde antas att de i sin tur skulle bestå av något mindre och enklare. Kvarkarna kom för att svara på den frågan.
Samtidigt föreslogs de 1964 av Murray Gell-Mann och George Zweig, även om de var helt oberoende. Dessa forskare observerade behovet av kvarkar att existera på grund av den starka interaktionen mellan partiklar i atomkärnan.
Dessutom var många av dess egenskaper oförklarliga om det inte fanns strukturer inre inuti protoner och neutroner. Således, förekomsten av tre mindre partiklar, kallasquorks (senarekvarkar, även om Zweig från början föreslog namnetess eller "ess"), som skulle ha enelektrisk laddning 1/3 och 2/3 belastning.
Denna hypotes testades experimentellt i SLAC (Stanford Linear Accelerator Center eller "Stanford Center for Linear Accelerator" under senare år. Men experimentet påpekade att det inte fanns tre utan sex partiklar som kunde utgöra protoner och neutroner. För denna upptäckt vann Taylor, Kendall och Friedman 1990 års Nobelpris i fysik.
Quark modell
Varje typ av kvark har specifika egenskaper.Inom den standardmodell av materia som vi hanterar idag, upptar kvarkar den enklaste platsen i materien.
Beroende på vilken typ av kvarkar vi kombinerar kan vi erhålla olika typer av partiklar, enligt hadronklassificeringsregeln (den så kallade "kvarkmodellen"), som fastställer sex olika typer av kvarkar (eller smaker, "Smaker"), var och en utrustad med ett "kvantnummer" som definierar dess elektriska laddning:
- Ovan (upp). Utrustad med ett isospin +1/2 som ett kvanttal.
- Nedan (ner). Utrustad med ett isospin -1/2 som ett kvanttal.
- Charm (charm). Utrustad med en berlock +1 som ett kvantnummer.
- Konstigt (konstig). Utrustad med en konstighet -1 som ett kvanttal.
- Sluta (topp) eller sanning (sanning). Utrustad med en överlägsenhet (topphet) +1.
- Nederst (botten) eller skönhet (skönhet). Begåvad med en underlägsenhet (botten) -1.
Allt detta kan se väldigt konstigt ut och verka som något ur ett videospel, men det är vettigt inom kvarkmodellen, om vi tror att dessa små partiklar kommer samman i trioler eller triader för att bilda olika typer av större subatomära partiklar.
När summan av deras laddningar ger heltal bildar de hadroner.
Till detta ska dock läggas att kvarkar kan ha ytterligare tre typer av laddning, vilket är "Färg”. Det handlar dock egentligen inte om färgen, men det är namnet som forskarna gav denna egenskap som är en typ av affinitet, ansvarig för den starka nukleära attraktionen (genom ytterligare en partikel som kallas "gluoner").
Dessa färger kan vara blå, gröna eller röda, och det är det som skiljer till exempel neutroner och protoner från elektroner (partiklar av leptontyp), eftersom de senare inte är gjorda av kvarkar och inte känner den starka kärnväxelverkan utan den svaga .
Enligt denna modell är materiens grundläggande partiklar kvarkar och leptoner.
Andra subatomära partiklar
Andra typer av subatomära partiklar är:
- Fermioner. Tillsammans med bosoner är de materiens grundläggande partiklar, kännetecknade av att de har ett halvheltalssnurr eller rörelsemängd (1/2, 3/2, etc.). Det finns bara två typer av fermioner: kvarkar och leptoner.
- leptoner De är en typ av fermion, utrustad med ½ spin (antingen + eller -) och som inte upplever, till skillnad från kvarkar, den starka kärnväxelverkan mellan materia. Det finns sex typer av leptoner: elektroner, myoner, taus, elektronneutriner, muonneutriner och tau-neutriner. De tre första har en +1 eller -1 elektrisk laddning, och resten har en 0 laddning.
- Bosoner. Tillsammans med fermioner är de materiens grundläggande partiklar, kännetecknade av att de har ett heltalsspin (0, 1, 2, etc.) och följer inte Paulis uteslutningsprincip. Exempel på bosoner är fotoner, gluoner eller gravitoner, det vill säga partiklar som involverar kända krafter.
- Mesons. De är bosoner, det vill säga hadroner med heltalsspinn 0 eller 1, som svarar på den starka kärnväxelverkan, så de är gjorda av kvarkar, enligt kvark-antikvarktillståndet.
- Baryoner De är sammansatta av tre kvarkar och deras mest representativa exempel är neutronen och protonen, även om det också finns andra typer, extremt instabila.