Tātad ir šīs lietas, ko sauc par kvarkiem. (Es zinu, es vēlos, lai viņiem būtu labāks vārds, bet es neesmu atbildīgs par lietu nosaukšanu fizikā.) Kvarki ir mazas, teensy niecīgas daļiņas (mēs nokļūsim precīzi, cik mazas ir mazliet), kas ir pamatelementi. matērijas. Cik mēs varam pateikt, paši kvarki nav izgatavoti no kaut kā mazāka. Tas nākotnē var mainīties, kad uzzināsim vairāk, taču pagaidām tas ir pietiekami labi.
Ir seši kvarku veidi, katrs ar atšķirīgiem, bet vienlīdz quirky nosaukumiem: uz augšu, uz leju, augšpusē, apakšā, dīvaini un šarmu. Un, neraugoties uz tā vārdu, visdīvainākais no sextupletiem faktiski ir augšējā kvarca.
Rakt dziļi.
Upside-down pasaule
Līdz šim visbiežāk sastopamie kvarki ir augšup un lejup. Viņi ir tie, kas saplūst trīsvienībās, veidojot protonus (divi augšup un lejup) un neitronus (divi kritumi un augšup). Lai izveidotu pazīstamo protona pozitīvo lādiņu un neitrālo lādiņu, kvarkiem ir vajadzīgas frakcionētas lādītes. Es zinu, tas izklausās dīvaini, bet tas ir tikai tāpēc, ka mēs domāja ka protonu un elektronu lādiņš bija fundamentāls. Izrādās, mēs maldījāmies. Augšējā kvarka lādiņš ir plus divas trešdaļas, bet lejā kvarca sēž pie mīnus viena trešdaļa.
Vēl vairāk mulsinošie kvarki ir tas, ka tie ir pārsteidzoši viegli. Augšējā kvarka masa ir tikai 0,2 procenti no protona masas, savukārt tā partneris lejā esošā kvarka ir tikai aptuveni 0,5 procenti no protona masas. Tātad, kā šīs mērenās daļiņas var saskaitīt dūšīgā protona masu?
Atbilde ir spēks, kas saista kvarkus: spēcīgais kodolspēks. Šī saikne starp kvarkiem ir acīmredzami spēcīga - viegli pieveic līdzīgi uzlādētu kvarku dabisko elektrisko atgrūšanos. Un tā kā enerģija ir tas pats, kas masa (paldies, Einšteinam!), Protona masa tiešām rodas līmes dēļ, nevis paši kvarki.
Dzīvo augšpusē
Ne visi kvarki ir tik lieli. Bet daļiņu fizikas pasaulē lielas ir sliktas ziņas. Būt masīvam ir kā atrasties augsta, izdilis kalna pašā virsotnē. Protams, skati ir lieliski, taču jebkurš vēsmas mājiens ļaus jums samazināties uz stabilāku stāvokli. Un stabils nozīmē mazu - ja jūs esat masīvas daļiņas, kas cieš no nestabilitātes, jūs ātri vien pārvērtīsities par savu mazāko brālēnu dušu.
Tas nozīmē, ka dzīve ir tikai persikaina augšup un lejā. Viņi ir vismazākie; tāpēc, kamēr viņiem nav lielisku skatu, viņiem nav briesmu nokrist no eksistenciālās klints. Nākamie lielākie kvarki, dīvaini un šarmu, reti sastopami lielā dabā. Viņi ir tik masīvi, ka tos ir grūti izgatavot, un, tiklīdz tos izgatavo kāds eksotisks process, tie ātri pārtaps kaut kas cits, atstājot neko citu kā atmiņu.
Diezgan ilgu laiku fiziķi domāja, ka ir tikai šie četri kvarki - augšā, lejā, savādi un šarmanti. Bet 70. gadu sākumā viņi sāka aizdomāties citādi, pārbaudot dažus retus pagrimumus, kas saistīti ar kaoniem (un atkal es neesmu atbildīgs par lietu nosaukšanu. Kaons ir dīvainas kvarka un augšup vai lejup kvarka duets) . Lai izskaidrotu dīvaino pagrimumu, kas radīja šos kaonus, teorētiķiem bija jāmin, vai pastāv jauns kvarku pāris, ko viņi sauca par augšējo un apakšējo. Šie jaunie kvarki bija daudz, daudz smagāki nekā pārējie četri (pretējā gadījumā mēs tos jau būtu redzējuši).
Kad kvarks Nr. 5 (apakšā) 1977. gadā pievienojās zināmo un izmērīto daļiņu klubam, notika sacensības, lai atrastu sesto un pēdējo (augšējo). Bet problēma bija tā, ka nevienam nebija ne mazākās nojausmas, cik liels tas bija, tas nozīmē, ka mēs nezinājām, cik gaišāks mums bija jāpadara mūsu daļiņu paātrinātāji, pirms mēs to varam atklāt. Katru gadu grupas visā pasaulē modernizēja savu aprīkojumu, un katru gadu viņiem pietrūka, arvien palielinot toreizējās hipotētiskās daļiņas masu.
Tikai 1995. gada februārī Fermilab pētnieki beidzot varēja izvirzīt prasību atklāt augstāko kvarku ar masu, kas nogāza svarus gandrīz 200 reizes smagāka par protonu. Pareizi: Kamēr augšup un lejup vērstie kvarki tik tikko veic kādu darbu, lai izveidotu protonu par protonu, augšējais kvarks viegli var viegli saķerēt veselus atomus.
Ievadiet Higgu
Augšējā ķirbis ir aptuveni 100 triljonus reizes smagāks nekā augšējais kvarks. Tas ir jauki. Bet kāpēc? Kāpēc kvarkiem ir tik milzīgs masu diapazons?
Šeit nonāk Higsa bozons. Higsa bozons ir saistīts ar lauku (Higsa lauks, tāds kā elektromagnētiskais lauks), kas caurstrāvo visu telpas laiku, kā neredzama līme, kas piepilda Visumu. Citām pamata daļiņām, piemēram, elektroniem, neitrīniem un kvarkiem, jāpeld cauri šim laukam, lai dotos no vietas uz vietu. Pats fakts, ka pamatdaļiņas nevar ignorēt Higsa lauku, ir (caur dažādu un dažādu matemātiku) iemesls, kāpēc tām ir masa.
Ah, tad jau ir pavediens. Ja Higss ir kaut kādā veidā saistīts ar pašu masas jēdzienu, un augšējais kvarks ir tālu un tālu no smagākajiem kvarkiem, tad Higsa bozonam un augšējam kvarkam jābūt labākais draugu.
Un gadu gaitā augšējais kvarks kļuva par vieniem vārtiem mūsu izpratnei par Higgu, un ir cerība, ka, turpinot paša Higga izpēti, mēs varēsim iegūt dažas perspektīvas virskvarka noslēpumaini lielajā masā.
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, Jautājiet kosmosa darbiniekam un Kosmosa radio, un autors Tava vieta Visumā.
