We leggen uit wat quarks zijn, hoe ze zijn ontdekt en wat het quarkmodel is. Ook andere subatomaire deeltjes.
Quarks zijn deeltjes kleiner dan neutronen en protonen.Wat zijn quarks?
De quarks of quarks zijn een soort van subatomair deeltje elementair, dat valt binnen de categorie van fermionen, en wiens sterke interacties de . vormen materie van atoomkernen. De naam komt van de roman Finnegan's Wake door de Ierse auteur James Joyce.
De quarks zijn de deeltjes waarvan protonen ja neutronen ze zijn gemaakt, evenals andere soorten kleine deeltjes die hadronen worden genoemd.
Deze termen kunnen verwarrend zijn, maar je hoeft ze niet op zo'n technisch niveau te begrijpen om te weten wat een quark is: de kleinste deeltjes in de quark. materie, die vrij in wisselwerking staan met de vier elementaire fysieke krachten: Zwaartekracht, elektromagnetische kracht, sterke kernkracht en zwakke kernkracht.
Samen met leptonen zijn quarks de eigenlijke bouwstenen van materie. Net zoals er materie is en antimaterie, zijn er ook quarks en antiquarks.
Daarnaast zijn er zes soorten of "smaken" quark. Dus alle mesonen en baryonen van materie, dat wil zeggen meer dan 200 verschillende subatomaire deeltjes, kunnen worden gebouwd door drie verschillende quarks (of antiquarks) (baryonen) of een quark-antiquark (mesonen) te combineren, verenigd door sterke interacties. .
Ontdekking van quarks
Decennia lang werd aangenomen dat protonen, neutronen en elektronen ze waren de fundamentele deeltjes van de materie, dat wil zeggen, niets kon kleiner dan hen bestaan.
Echter, de studie van de zogenaamde nucleonen (neutronen en protonen, bewoners van de kern van de atoom) toonden aan dat hun grootte veel groter was dan die van elektronen en dat kan worden aangenomen dat ze op hun beurt zouden bestaan uit iets kleiners en eenvoudigers. De quarks kwamen om die vraag te beantwoorden.
Tegelijkertijd werden ze in 1964 voorgesteld door Murray Gell-Mann en George Zweig, hoewel volledig onafhankelijk. Deze wetenschappers zagen de noodzaak van het bestaan van quarks door de aard van de sterke interactie tussen deeltjes in de atoomkern.
Bovendien waren veel van zijn eigenschappen onverklaarbaar, tenzij er was structuren interne binnenkant van protonen en neutronen. Dus het bestaan van drie kleinere deeltjes, genaamdkwark (hierop volgendquarks, hoewel Zweig aanvankelijk de naam voorsteldeazen of "azen"), die een zou hebbenelektrische lading 1/3 en 2/3 belasting.
Deze hypothese werd experimenteel getest in SLAC (Stanford Linear Accelerator Center of "Stanford Center for Linear Accelerator" in latere jaren. Maar het experiment wees uit dat er niet drie maar zes deeltjes waren die protonen en neutronen konden vormen. Voor deze ontdekking wonnen Taylor, Kendall en Friedman in 1990 de Nobelprijs voor de natuurkunde.
Quark-model
Elk type quark heeft specifieke kenmerken.Binnen het standaardmodel van materie dat we tegenwoordig hanteren, nemen quarks de eenvoudigste plaats in de materie in.
Afhankelijk van het type quarks dat we combineren, kunnen we verschillende soorten deeltjes verkrijgen, volgens de hadronclassificatieregel (het zogenaamde "quarkmodel"), dat zes verschillende soorten quarks (of smaken, "Smaken"), elk voorzien van een "kwantumgetal" dat de elektrische lading definieert:
- Boven (omhoog). Begiftigd met een isospin +1/2 als kwantumgetal.
- Onderstaand (omlaag). Begiftigd met een isospin -1/2 als kwantumgetal.
- charme (charme). Begiftigd met een charme +1 als een kwantumgetal.
- Vreemd (vreemd). Begiftigd met een vreemdheid -1 als een kwantumgetal.
- Stoppen (bovenkant) of waarheid (waarheid). Begiftigd met een superioriteit (topheid) +1.
- Onderkant (onderkant) of schoonheid (schoonheid). Begiftigd met een minderwaardigheid (bodem) -1.
Dit alles ziet er misschien heel vreemd uit en lijkt iets uit een videogame, maar het is logisch binnen het quark-model, als we bedenken dat deze kleine deeltjes samenkomen in drietallen of triaden om verschillende soorten grotere subatomaire deeltjes te vormen.
Wanneer de som van hun ladingen hele getallen geeft, vormen ze hadronen.
Hier moet echter aan worden toegevoegd dat quarks nog drie soorten lading kunnen hebben, de "kleur”. Het gaat echter niet echt om de kleur, maar dat is de naam die de wetenschappers aan deze eigenschap gaven, een soort affiniteit die verantwoordelijk is voor de sterke nucleaire aantrekkingskracht (door nog een ander deeltje genaamd "gluonen").
Deze kleuren kunnen blauw, groen of rood zijn, en het is wat bijvoorbeeld neutronen en protonen onderscheidt van elektronen (deeltjes van het lepton-type), aangezien deze laatste niet van quarks zijn gemaakt en niet de sterke nucleaire interactie voelen, maar de zwakke .
Volgens dit model zijn de fundamentele deeltjes van materie quarks en leptonen.
Andere subatomaire deeltjes
Andere soorten subatomaire deeltjes zijn:
- Fermionen. Samen met bosonen zijn ze de fundamentele deeltjes van materie, gekenmerkt door een semi-geheel getal spin of impulsmoment (1/2, 3/2, enz.). Er zijn slechts twee soorten fermionen: quarks en leptonen.
- leptonen Ze zijn een type fermion, begiftigd met ½ spin (ofwel + of -) en dat, in tegenstelling tot quarks, niet de sterke nucleaire interactie van materie ervaart. Er zijn zes soorten leptonen: elektronen, muonen, taus, elektronenneutrino's, muon-neutrino's en tau-neutrino's. De eerste drie hebben een elektrische lading van +1 of -1 en de rest heeft een lading van 0.
- bosonen. Samen met fermionen zijn ze de fundamentele materiedeeltjes, gekenmerkt door een geheeltallige spin (0, 1, 2, enz.) en voldoen ze niet aan het Pauli-uitsluitingsprincipe. Voorbeelden van bosonen zijn fotonen, gluonen of gravitonen, dat wil zeggen deeltjes waarbij bekende krachten betrokken zijn.
- mesonen. Het zijn bosonen, dat wil zeggen hadronen met een geheel getal spin 0 of 1, die reageren op de sterke nucleaire interactie, dus ze zijn gemaakt van quarks, volgens de quark-antiquark-toestand.
- Baryonen Ze zijn samengesteld uit drie quarks en hun meest representatieve voorbeelden zijn het neutron en het proton, hoewel er ook andere typen zijn, extreem onstabiel.