เราอธิบายว่าควาร์กคืออะไร ค้นพบได้อย่างไร และแบบจำลองควาร์กคืออะไร อนุภาคย่อยอื่นๆ ด้วย
ควาร์กเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่านิวตรอนและโปรตอนควาร์กคืออะไร?
ควาร์กหรือควาร์กเป็นชนิดของ อนุภาคย่อย ธาตุซึ่งอยู่ในหมวดหมู่ของ fermionsและมีปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งประกอบเป็น วัตถุ ของนิวเคลียสของอะตอม ชื่อมาจากนิยาย Finnegan's Wake โดย James Joyce นักเขียนชาวไอริช
ควาร์กเป็นอนุภาคที่ โปรตอน Y นิวตรอน พวกมันถูกสร้างขึ้น เช่นเดียวกับอนุภาคขนาดเล็กประเภทอื่นๆ ที่เรียกว่าฮาดรอน
คำศัพท์เหล่านี้อาจสร้างความสับสนได้ แต่คุณไม่จำเป็นต้องเข้าใจในระดับเทคนิคดังกล่าวเพื่อรู้ว่าควาร์กคืออะไร: อนุภาคที่เล็กที่สุดในควาร์ก วัตถุซึ่งโต้ตอบได้อย่างอิสระกับกองกำลังทางกายภาพสี่ธาตุ: แรงโน้มถ่วง, แรงแม่เหล็กไฟฟ้า , แรงนิวเคลียร์แบบแรง และ แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน
นอกจากเลปตันแล้ว ควาร์กยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของสสาร เช่นเดียวกับที่มีเรื่องและ ปฏิสสารนอกจากนี้ยังมีควาร์กและโบราณวัตถุอีกด้วย
นอกจากนี้ยังมีหกประเภทหรือ "รส" ของควาร์ก ดังนั้น meson และ baryons ของสสารทั้งหมด นั่นคือ อนุภาค subatomic ที่แตกต่างกันมากกว่า 200 อนุภาค สามารถสร้างขึ้นได้โดยการรวมควาร์ก (หรือแอนติควาร์ก) (baryons) ที่แตกต่างกันสามตัว หรือ quark-antiquark (มีซอน) รวมกันโดยปฏิกิริยาที่รุนแรง .
การค้นพบควาร์ก
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่สันนิษฐานว่าโปรตอน นิวตรอน และ อิเล็กตรอน พวกมันเป็นอนุภาคพื้นฐานของสสาร กล่าวคือ ไม่มีสิ่งใดที่เล็กไปกว่าพวกมันได้
อย่างไรก็ตาม การศึกษาสิ่งที่เรียกว่านิวคลีออน (นิวตรอนและโปรตอน ผู้อยู่อาศัยในนิวเคลียสของ อะตอม) แสดงให้เห็นว่าขนาดของพวกมันใหญ่กว่าอิเล็กตรอนมาก และสามารถสันนิษฐานได้ว่าพวกมันจะประกอบขึ้นจากสิ่งที่เล็กกว่าและเรียบง่ายกว่า ควาร์กมาเพื่อตอบคำถามนั้น
ในเวลาเดียวกัน พวกเขาถูกเสนอในปี 1964 โดย Murray Gell-Mann และ George Zweig แม้ว่าจะเป็นอิสระโดยสิ้นเชิงก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้สังเกตเห็นความจำเป็นที่ควาร์กมีอยู่โดยธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างอนุภาคในนิวเคลียสของอะตอม
นอกจากนี้ คุณสมบัติหลายอย่างของมันอธิบายไม่ได้เว้นแต่จะมี โครงสร้าง โปรตอนและนิวตรอนภายใน ดังนั้น การมีอยู่ของอนุภาคเล็ก ๆ สามตัว เรียกว่าควาร์ก (ต่อมาควาร์กแม้ว่าในตอนแรก Zweig จะเสนอชื่อเอซ หรือ "เอซ") ซึ่งจะมีค่าไฟฟ้า โหลด 1/3 และ 2/3
สมมติฐานนี้ได้รับการทดสอบใน SLAC (ศูนย์เร่งเชิงเส้นสแตนฟอร์ด หรือ "Stanford Center for Linear Accelerator" ในปีต่อมา แต่การทดลองชี้ให้เห็นว่าไม่มีอนุภาคสามถึงหกตัวที่สามารถประกอบเป็นโปรตอนและนิวตรอนได้ สำหรับการค้นพบนี้ Taylor, Kendall และ Friedman ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1990
แบบจำลองควาร์ก
ควาร์กแต่ละประเภทมีลักษณะเฉพาะภายในแบบจำลองมาตรฐานของสสารที่เราจัดการในปัจจุบัน ควาร์กครอบครองตำแหน่งที่ง่ายที่สุดในเรื่อง
ขึ้นอยู่กับประเภทของควาร์กที่เรารวมกัน เราสามารถได้รับอนุภาคประเภทต่างๆ ตามกฎการจำแนกฮาดรอน (ที่เรียกว่า "แบบจำลองควาร์ก") ซึ่งกำหนดประเภทของควาร์กหกประเภท (หรือ รสชาติ, "Flavors") แต่ละอันมี "เลขควอนตัม" ที่กำหนดประจุไฟฟ้าของมัน:
- ข้างต้น (ขึ้น). กอปรด้วย isospin +1/2 เป็นจำนวนควอนตัม
- ด้านล่าง (ลง). กอปรด้วย isospin -1/2 เป็นจำนวนควอนตัม
- เสน่ห์ (เสน่ห์). กอปรด้วยเสน่ห์ +1 เป็นตัวเลขควอนตัม
- แปลก (แปลก). กอปรด้วยความแปลกประหลาด -1 เป็นจำนวนควอนตัม
- หยุด (สูงสุด) หรือความจริง (ความจริง). กอปรด้วยความเหนือกว่า (ความเหนือกว่า) +1.
- ล่าง (ล่าง) หรือความงาม (ความงาม). กอปรด้วยปมด้อย (จุดต่ำสุด) -1.
ทั้งหมดนี้อาจดูแปลกมากและดูเหมือนบางอย่างในวิดีโอเกม แต่มันสมเหตุสมผลในแบบจำลองควาร์ก หากเราคิดว่าอนุภาคเล็กๆ เหล่านี้มารวมกันเป็นแฝดสามหรือสามเพื่อสร้างอนุภาคย่อยขนาดใหญ่กว่าประเภทต่างๆ
เมื่อผลรวมของประจุเป็นจำนวนเต็ม พวกมันจะสร้างฮาดรอน
ควรเพิ่มสิ่งนี้ อย่างไรก็ตาม ควาร์กสามารถมีประจุได้อีกสามประเภทซึ่งก็คือ “สี” มันไม่ได้เกี่ยวกับสีจริงๆ แต่นั่นเป็นชื่อที่นักวิทยาศาสตร์มอบให้กับคุณสมบัตินี้ซึ่งเป็นประเภทของความสัมพันธ์ที่รับผิดชอบในการดึงดูดนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง (ผ่านอนุภาคอื่นที่เรียกว่า "กลูออน")
สีเหล่านี้อาจเป็นสีน้ำเงิน เขียว หรือแดง และเป็นสิ่งที่แตกต่าง ตัวอย่างเช่น นิวตรอนและโปรตอนจากอิเล็กตรอน (อนุภาคประเภทเลปตัน) เนื่องจากสีหลังไม่ได้ทำมาจากควาร์กและไม่รู้สึกถึงปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รุนแรงแต่เป็นสีอ่อน .
ตามแบบจำลองนี้ อนุภาคพื้นฐานของสสารคือควาร์กและเลปตอน
อนุภาคย่อยอื่น ๆ
อนุภาคย่อยอื่นๆ ได้แก่
- เฟอร์มิออน เมื่อรวมกับโบซอนแล้ว พวกมันคืออนุภาคมูลฐานของสสาร โดยมีลักษณะเป็นสปินกึ่งจำนวนเต็มหรือโมเมนตัมเชิงมุม (1/2, 3/2 เป็นต้น) fermion มีเพียงสองประเภทเท่านั้น: ควาร์กและเลปตอน
- Leptons พวกมันเป็นเฟอร์เมียนประเภทหนึ่ง กอปรด้วย ½ สปิน (ทั้ง + หรือ -) และไม่มีประสบการณ์ ซึ่งแตกต่างจากควาร์ก อันตรกิริยาที่รุนแรงของสสาร เลปตอนมีหกประเภท: อิเล็กตรอน มิวออน เทาส์ อิเล็กตรอนนิวตริโน มิวออนนิวตริโน และเทานิวตริโน สามตัวแรกมีประจุไฟฟ้า +1 หรือ -1 และที่เหลือมีประจุเป็น 0
- โบซอน. เมื่อรวมกับเฟอร์มิออนแล้ว พวกมันคืออนุภาคพื้นฐานของสสาร ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยมีการหมุนเป็นจำนวนเต็ม (0, 1, 2 ฯลฯ) และไม่เป็นไปตามหลักการกีดกันของเปาลี ตัวอย่างของโบซอน ได้แก่ โฟตอน กลูออน หรือกราวิตอน กล่าวคือ อนุภาคที่เกี่ยวข้องกับแรงที่ทราบ
- เมสัน. พวกมันคือโบซอน กล่าวคือ แฮดรอนของการหมุนจำนวนเต็ม 0 หรือ 1 ซึ่งตอบสนองต่อปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รุนแรง ดังนั้นพวกมันจึงถูกสร้างขึ้นจากควาร์ก ตามสถานะของควาร์กกับแอนติควาร์ก
- Baryons พวกมันประกอบด้วยควาร์กสามตัวและตัวอย่างที่เป็นตัวแทนส่วนใหญ่ของพวกมันคือนิวตรอนและโปรตอน แม้ว่าจะมีประเภทอื่นๆ ที่ไม่เสถียรอย่างยิ่ง