Kvarker er byggestenene i alle sager

Protoner og neutroner, partiklerne, der danner atomkerner, kan synes at være virkelig lille. Men forskere siger, at de subatomære partikler selv består af noget endnu mindre - partikler kaldet kvarker.

"Godt, Jeg tror, ​​at den enkleste måde at angive det på er, at kvarker er materiens grundlæggende bestanddel, af alt det, der er omkring os, "forklarer Geoffrey West. Han er en teoretisk fysiker, der grundlagde gruppen med høj energi -fysik ved Los Alamos National Laboratory og nu er Shannan Distinguished Professor ved Santa Fe Institute. (Han er også forfatter til 2017s bestseller" Scale, "om hvordan de matematiske love, der styrer den fysiske verdens struktur og vækst, gælder for biologisk liv og for det menneskelige samfund.)

Ligesom elektroner og andre leptoner, kvarker synes ikke at have nogen struktur og ser ud til at være udelelige, som forklaret af University of Melbourne partikelfysiker Takaski Kubota i The Conversation.

Kvarker er så små, at det er forbløffende at prøve at udtrykke deres estimerede størrelse. University College London fysikprofessor Jon Butterworth forklarede, at radius af en kvark er omtrent 2, 000 gange mindre end for en proton, som igen er 2,4 billioner gange så lille som et sandkorn.

Eksistensen af ​​kvarker, der først blev foreslået i 1964

Eksistensen af ​​kvarker blev først foreslået i 1964 af California Institute of Technology teoretiske fysiker Murray Gell-Mann, en af ​​nøglefigurerne i udviklingen af ​​standardmodellen for partikelfysik. Gell-Mann, vinder af Nobelprisen i fysik i 1969, fandt ud af, at forklaring af egenskaberne ved protoner og neutroner krævede, at de bestod af mindre partikler. På samme tid, en anden CalTech -fysiker, Georg Zweig, kom også uafhængigt af ideen også.

Eksistensen af ​​kvarker blev bekræftet ved forsøg foretaget fra 1967 til 1973 på Stanford Linear Accelerator Center.

En af de sære ting ved kvarker, som vest forklarer, er, at de kan observeres, men de kan ikke isoleres. "Der er en subtil forskel, "siger han." De er som elektroner, idet elektroner er grundlæggende, men med elektroner kan vi observere og også isolere dem. Du kan pege på en elektron. Med kvarker, du kan ikke tage en ud af kernen og lægge den på bordet og undersøge den. "

I stedet, ved hjælp af gigantiske partikelacceleratorer, forskere fremskynder elektroner og bruger dem til at undersøge dybden af ​​kernen. Hvis de går dybt nok indeni, elektronerne spreder kvarkerne, som kan måles ved hjælp af meget sofistikerede detektorer. "Vi rekonstruerer, hvad der er i målet, som protoner og neutroner består af, "West siger." Du ser disse små punktobjekter, som vi identificerer som kvarker. "

Der er seks typer kvarker

Kvarker har fraktionelle ladninger i forhold til de protoner, de danner. Der er seks typer kvarker baseret på masse, og partiklerne har også en kvalitet kaldet farve, som en måde at beskrive, hvordan den stærke kraft holder dem sammen. Farve bæres af gluoner - en slags budbringer for den stærke kraft, der binder kvarker sammen. (De er analoge med fotoner.)

Et team af fysikere fra University of Kansas planlægger at bruge en enhed installeret på Large Hadron Collider, en massiv partikelaccelerator placeret i en 27 kilometer lang tunnel mellem Frankrig og Schweiz, at undersøge det stærke samspil mellem kvarker og gluoner.

"Ideen er at få en bedre forståelse af protonen og den tunge ionstruktur - f.eks. Bly - og studere et nyt fænomen kaldet mætning, "Christophe Royon, en professor i fysik ved University of Kansas, der leder forskningen, forklarer i en e -mail. "Når to protoner eller to ioner kolliderer ved meget høj energi, Vi er følsomme over for deres understruktur - kvarker og gluoner - og vi kan undersøge et område, hvor tætheden af ​​gluoner bliver meget stor. "

"En analogi ville være metroen i New York i spidsbelastningstider, hvor metroen er fuldstændig overbelastet, "Royon fortsætter." I så fald, gluonerne opfører sig ikke som enkeltidentiteter, men kan vise kollektiv adfærd, på samme måde som en overfyldt metro, hvis nogen falder, alle vil føle det, da folk er så tæt på hinanden. På et tidspunkt, protoner eller tung ion kan opføre sig som en fast genstand, som et glas, kaldes farveglas kondensat. Det er det, vi vil se på LHC og også ved den fremtidige Electron-Ion Collider i USA. "

Royon siger, at at finde bevis for eksistensen af ​​dette tætte gluonmateriale ville besvare et af de største ubesvarede spørgsmål om kvarker. "Dette er en ny tilstand, "siger han." Nogle hints dukkede allerede op på Relativistic Heavy Ion Collider eller Large Hadron Collider, men intet er sikkert endnu. Det ville være en vigtig opdagelse, og både Large Hadron Collider og Electron-Ion Collider er ideelle maskiner til at se dette. "

Forskere spekulerer også på, om der måske er noget endnu mindre end en kvark. "Det rejser spørgsmålet, er der et andet niveau endnu? "siger West." Det ved vi ikke svaret på. "

Gell-Mann fik navnet på partiklen fra James Joyces eksperimentelle roman fra 1939 "Finnegans Wake, "som indeholder linjen, "Tre kvarker til mønstermærke!"