Yani kuark denen şeyler var. (Biliyorum, daha iyi bir isme sahip olmalarını dilerdim, ama fizikteki şeyleri adlandırmaktan sorumlu değilim.) Kuarklar temel yapı taşları olan küçük teensy küçük parçacıklar (biraz daha küçük olacak). madde. Anlayabildiğimiz kadarıyla, kuarkların kendileri daha küçük bir şeyden yapılmamıştır. Daha fazla bilgi edindikçe bu gelecekte değişebilir, ancak şimdilik yeterince iyi.
Her biri farklı ama eşit derecede ilginç isimlere sahip altı çeşit kuark vardır: yukarı, aşağı, üst, alt, garip ve çekicilik. Ve ismine rağmen, sextuplet'lerin en tuhafı aslında en üst kuark.
Derinlere inelim.
Baş aşağı dünya
Şimdiye kadar karşılaşacağınız en yaygın kuarklar yukarı ve aşağı olanlardır. Proletler (iki yukarı ve aşağı) ve nötronlar (iki aşağı ve yukarı) oluşturmak için üçüzlerde bir araya gelenlerdir. Protonun bilinen pozitif yükünü ve nötron üzerindeki nötr yükü oluşturmak için kuarkların kesirli yüklere ihtiyacı vardır. Biliyorum, kulağa garip geliyor, ama bunun nedeni sadece düşünce protonların ve elektronların yükünün esas olduğu. Anlaşıldı, yanılmışız. Yukarı kuarkın artı üçte ikisi, aşağı kuark eksi üçte birinde oturuyor.
Kuarklar hakkında daha da kafa karıştırıcı olan şey şaşırtıcı derecede hafif olmalarıdır. Yukarı kuark protonun kütlesinin sadece yüzde 0.2'si iken ortağı aşağı kuark, proton kütlesinin sadece yüzde 0.5'i kadardır. Peki bu ölçülü parçacıklar, ağır bir protonun kütlesine nasıl katkıda bulunabilir?
Cevap kuarkları birbirine bağlayan kuvvettir: güçlü nükleer kuvvet. Kuarklar arasındaki bu bağlanma son derece güçlüdür - benzer yüklü kuarkların doğal elektrik itimini el ile yener. Ve enerji kütle ile aynı şey olduğu için (teşekkürler Einstein!), Protonun kütlesi kuarkların kendisinden değil, tutkaldan kaynaklanmaktadır.
Üstte Yaşam
Bütün kuarklar o kadar büyük değil. Ancak parçacık fiziği dünyasında, büyük kötü bir haberdir. Büyük olmak, uzun, sıska bir dağın tepesinde olmak gibidir. Tabii, görüş harika, ama herhangi bir esinti ipucu size daha istikrarlı bir konuma yuvarlanan gönderecektir. Ve istikrarlı küçük anlamına gelir - kararsızlıktan büyük bir parçacıksanız, kendinizi küçük kuzenlerinizin duşuna dönüştüğünü görürsünüz.
Bu, yaşamın yukarı ve aşağı kuarklar için şeftali olduğu anlamına gelir. Onlar en küçüğüdür; bu yüzden harika manzaraları olmasa da, varoluşsal bir uçurumdan düşme tehlikesi altında değiller. Bir sonraki en büyük kuarklar, garip ve çekicilik, doğada herhangi bir büyük bollukta nadiren bulunur. Öylesine büyükler ki, ilk etapta yapmak zorlar ve egzotik bir süreçle üretilir üretilmez, hızla başka bir şeye bozulurlar, bir anıdan başka bir şey bırakmazlar.
Bir süre, fizikçiler sadece bu dört kuark olduğunu düşündüler - yukarı, aşağı, garip ve çekicilik. Fakat 1970'lerin başında, kaonlarla ilgili bazı nadir çürükleri inceleyerek başka türlü şüphelenmeye başladılar (ve yine, bir şeyleri adlandırmaktan sorumlu değilim. Kaon, garip bir kuarkın ikilisi ve yukarı veya aşağı kuark) . Bu kaonları üreten garip çürümeyi açıklamak için kuramcılar, üst ve alt olarak adlandırdıkları yeni bir çift kuark varlığını tahmin etmek zorunda kaldılar. Bu yeni kuarklar diğer dördünden çok, çok daha ağırdı (aksi takdirde bunları şimdiye kadar görürdük).
5 numaralı kuark (altta) 1977'de bilinen ve ölçülen parçacıkların kulübüne katıldıktan sonra, altıncı ve sonuncuyu (üstte) bulmak için yarış başladı. Ancak sorun, kimsenin ne kadar büyük olduğu hakkında hiçbir fikre sahip olmamasıydı, yani parçacık hızlandırıcılarımızı çıkarmadan önce ne kadar daha kasvetli olduğumuzu bilmiyorduk. Her yıl, dünyanın dört bir yanındaki gruplar donanımlarını geliştirdiler ve her yıl kısa sürede ortaya çıktılar, o zaman varsayımsal parçacığın kütlesini yukarı doğru itti.
Şubat 1995'e kadar, Fermilab'daki araştırmacılar nihayetinde bir protondan neredeyse 200 kat daha ağır olan ölçekleri deviren bir kitle ile bir üst kuark keşfi iddiasıyla ilgili bir iddiada bulunamazlardı. Bu doğru: Yukarı ve aşağı kuarklar bir proton protonu yapmak için herhangi bir iş yapmazken, üst kuark tüm atomları kolaylıkla kolayca çarpabilir.
Higgs'e girin
Üst kuark yukarı kuarktan yaklaşık 100 trilyon kat daha ağırdır. Bu iyi. Ama neden? Kuarklar neden bu kadar geniş bir kitleye sahiptir?
Higgs bozonu devreye giriyor. Higgs bozonu, evreni dolduran görünmez bir yapıştırıcı gibi, tüm uzay-zamana nüfuz eden bir alanla (Higgs alanı, bir çeşit elektromanyetik alan gibi) ilişkilidir. Elektronlar ve nötrinolar ve kuarklar gibi diğer temel parçacıklar, bir yerden bir yere gitmek için bu alanda yüzmelidir. Temel parçacıkların Higgs alanını görmezden gelememesi, (çeşitli ve muhtelif matematik yoluyla) kütle olmalarının sebebidir.
Ah, bir ipucu. Higgs bir şekilde kitle kavramına bağlıysa ve üst kuark, kuarkların en ağırlarıdır ve o zaman Higgs bozonu ve üst kuark en iyi Arkadaş
Ve böylece, yıllar boyunca, üst kuark Higgs'i anlamanın bir kapısı oldu ve Higgs'in daha fazla çalışmasıyla üst kuarkın gizemli büyük kütlesi hakkında bazı perspektifler alabileceğimiz umuluyor.
Paul M. Sutter astrofizikçi Ohio Eyalet Üniversitesi, birşeyin sahibi Bir Uzay Adamına Sorun ve Uzay Radyove yazarı Evrendeki Yeriniz.
