Sú teda veci nazývané kvarky. (Viem, želám si, aby mali lepšie meno, ale ja nemám na starosti pomenovanie vecí vo fyzike.) Kvarky sú malé dospievajúce drobné častice (dostaneme sa presne k tomu, ako sú malé), ktoré sú základnými stavebnými kameňmi. hmoty. Pokiaľ vieme, kvarky samotné nie sú vyrobené z ničoho menšieho. To sa môže v budúcnosti zmeniť, keď sa dozvieme viac, ale zatiaľ je to dosť dobré.
Existuje šesť druhov kvarkov, z ktorých každý má odlišné, ale nepredvídateľné názvy: hore, dole, hore, dole, podivne a kúzlo. A napriek svojmu názvu je najpodivnejším sextupletom v skutočnosti horný kvark.
Poďme kopať hlboko.
Svet hore nohami
Zďaleka najbežnejšie kvarky, s ktorými sa stretnete, sú hore a dole. Sú to tie, ktoré sa zoskupujú v trojiciach, aby vytvorili protóny (dva hore a dole) a neutróny (dva dole a hore). Na vytvorenie známeho pozitívneho náboja protónu a neutrálneho náboja na neutróne potrebujú kvarky čiastkové náboje. Viem, že to znie čudne, ale len preto myšlienka že náboj protónov a elektrónov bol zásadný. Ukázalo sa, že sme sa mýlili. Kvark hore má náboj plus dve tretiny, zatiaľ čo kvark dole je mínus jedna tretina.
Ešte viac mätúce o kvarkoch je to, že sú prekvapivo ľahké. Kvark hore je iba 0,2 percenta hmotnosti protónu, zatiaľ čo jeho partner je kvark iba okolo 0,5 percenta protónovej hmoty. Ako teda môžu tieto nezmyselné častice pripočítať k množstvu mohutného protónu?
Odpoveď je sila, ktorá spája kvarky dohromady: silná jadrová sila. Táto väzba medzi kvarkmi je neúprosne silná - hravo poráža prirodzené elektrické odpudenie podobne nabitých kvarkov. A keďže energia je rovnaká ako hmota (vďaka, Einstein!), Hmotnosť protónu je skutočne kvôli lepidlu a nie samotným kvarkom.
Bývanie na vrchole
Nie všetky kvarky sú také veľké. Ale vo svete časticovej fyziky je veľká zlá správa. Byť masívny je ako byť na samom vrchole vysokej, chudej hory. Iste, výhľady sú skvelé, ale náznak vánku vás posunie nadol do stabilnejšej polohy. A stabilný znamená malý - ak ste masívna častica, ktorá trpí nestabilitou, rýchlo sa ocitnete v premene svojich menších bratrancov.
To znamená, že život je iba broskyňou pre kvarky hore a dole. Sú najmenší; takže zatiaľ čo nemajú vynikajúci výhľad, nehrozí im nebezpečenstvo pádu z existenčného útesu. Ďalšie najväčšie kvarky, čudné a kúzlo, sa zriedka vyskytujú v akejkoľvek veľkej prírode. Sú takí masívni, že sú na prvom mieste ťažké a akonáhle sú vyrobení nejakým exotickým procesom, rýchlo sa rozpadnú na niečo iné a nezostanú nič iné ako pamäť.
Fyzici si na chvíľu mysleli, že existujú iba tieto štyri kvarky - hore, dole, čudné a kúzlo. Ale začiatkom 70. rokov začali podozrenie opakovať podozrením, že skúmajú niektoré zriedkavé rozpady týkajúce sa kaónov (a znova nemám na starosti pomenovanie vecí. Kaon je duom zvláštneho kvarku a buď kvarkom nahor alebo nadol) , Aby vysvetlili divný úpadok, ktorý tieto kaóny produkoval, museli teoretici hádať o existencii nového páru kvarkov, ktorý dabovali horným a dolným. Tieto nové kvarky boli oveľa, oveľa ťažšie ako ostatné štyri (inak by sme ich už videli).
Akonáhle sa v roku 1977 pripojil kvark č. 5 (spodná časť) do klubu známych a meraných častíc, závod hľadal šiestu a poslednú (hornú). Problém však bol v tom, že nikto netušil, aké veľké to je, to znamená, že sme nevedeli, aké je toľko svalnaté, aby sme mohli vyrobiť naše urýchľovače častíc skôr, ako by sme ich mohli vyskočiť. Každý rok skupiny na celom svete vylepšovali svoje vybavenie a každý rok prišli krátke, čím tlačili hmotu vtedy hypotetickej častice, ktorá bola kedy hore.
Až vo februári 1995 mohli vedci vo Fermilabe konečne vložiť nárok na objav top kvarku s hmotnosťou prevrátenou vahou takmer 200-krát ťažšou ako protón. To je pravda: Zatiaľ čo kvarky hore a dole sotva robia akúkoľvek prácu na vytvorení protónu na protón, horný kvark ľahko dokáže ľahko zredukovať celé atómy.
Zadajte Higgs
Horný kvark je asi 100 biliónovkrát ťažší ako kvark hore. To je milé. Ale prečo? Prečo majú kvarky taký obrovský rozsah mas?
Tu prichádza Higgsov bozón. Higgsov bozón je spojený s poľom (Higgsove pole, aké je podobné elektromagnetickému poľu), ktoré preniká celým časopriestorom, ako neviditeľné lepidlo vyplňujúce vesmír. Ostatné základné častice, ako sú elektróny, neutrína a kvarky, musia plávať týmto poľom, aby prešli z miesta na miesto. Samotná skutočnosť, že základné častice nemôžu ignorovať Higgsove pole, je (vďaka rôznym a rôznym matematikám) dôvodom, prečo majú masu.
Aha, vodítko. Ak je Higgs nejako spojený so samotným poňatím hmoty a horný kvark je ďaleko najťažší z kvarkov, potom musí byť Higgsov bozón a horný kvark najlepší priateľov.
A tak sa v priebehu rokov stal top kvark jednou bránou k nášmu pochopeniu Higgsovcov a dúfame, že s ďalším štúdiom samotného Higgsovho dokážeme získať nejaké pohľady na záhadne veľkú masu top kvarku.
Paul M. Sutter je astrofyzik na Štátna univerzita v Ohiu, hostiteľ Spýtajte sa Spaceman a Vesmírne rádioa autor knihy Vaše miesto vo vesmíre.
