Μόλις πριν από ένα χρόνο, ο Peter Higgs και ο François Engler έλαβαν το βραβείο Νόμπελ για την εργασία τους στα υποατομικά σωματίδια. Μπορεί να φαίνεται γελοίο, αλλά οι επιστήμονες έκαναν τις ανακαλύψεις τους πριν από μισό αιώνα, αλλά μέχρι τώρα δεν τους είχε δοθεί μεγάλη σημασία.
Το 1964, δύο ακόμη ταλαντούχοι φυσικοί εμφανίστηκαν επίσης με την καινοτόμο θεωρία τους. Στην αρχή, επίσης δεν τράβηξε σχεδόν καθόλου την προσοχή. Αυτό είναι περίεργο, αφού περιέγραψε τη δομή των αδρονίων, χωρίς τα οποία δεν είναι δυνατή καμία ισχυρή διατομική αλληλεπίδραση. Ήταν η θεωρία του κουάρκ.
Τι είναι αυτό;
Με την ευκαιρία, τι είναι ένα κουάρκ; Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά του αδρονίου. Σπουδαίος! Αυτό το σωματίδιο έχει ένα «μισό» σπιν, στην πραγματικότητα είναι ένα φερμιόνιο. Ανάλογα με το χρώμα (περισσότερα για αυτό παρακάτω), το φορτίο ενός κουάρκ μπορεί να είναι ίσο με το ένα τρίτο ή τα δύο τρίτα του φορτίου ενός πρωτονίου. Όσον αφορά τα χρώματα, υπάρχουν έξι από αυτά (γενιές κουάρκ). Χρειάζονται για να μην παραβιάζεται η αρχή Pauli.
Βασικόλεπτομέρειες
Στη σύνθεση των αδρονίων, αυτά τα σωματίδια βρίσκονται σε απόσταση που δεν υπερβαίνει την τιμή περιορισμού. Αυτό εξηγείται απλά: ανταλλάσσουν διανύσματα του πεδίου μέτρησης, δηλαδή γκλουόνια. Γιατί είναι τόσο σημαντικό το κουάρκ; Το πλάσμα γλουονίων (κορεσμένο με κουάρκ) είναι η κατάσταση της ύλης στην οποία βρισκόταν ολόκληρο το σύμπαν αμέσως μετά τη μεγάλη έκρηξη. Συνεπώς, η ύπαρξη κουάρκ και γκλουονίων είναι μια άμεση επιβεβαίωση ότι ήταν πραγματικά.
Έχουν επίσης το δικό τους χρώμα, και ως εκ τούτου, κατά τη διάρκεια της κίνησης, δημιουργούν τα εικονικά τους αντίγραφα. Αντίστοιχα, καθώς η απόσταση μεταξύ των κουάρκ αυξάνεται, η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ τους αυξάνεται σημαντικά. Όπως μπορείτε να μαντέψετε, σε μια ελάχιστη απόσταση, η αλληλεπίδραση πρακτικά εξαφανίζεται (ασυμπτωτική ελευθερία).
Έτσι, οποιαδήποτε ισχυρή αλληλεπίδραση στα αδρόνια εξηγείται από τη μετάβαση των γκλουονίων μεταξύ των κουάρκ. Αν μιλάμε για αλληλεπιδράσεις μεταξύ αδρονίων, τότε εξηγούνται από τη μεταφορά συντονισμού πι-μεσονίων. Με απλά λόγια, έμμεσα, όλα καταλήγουν πάλι στην ανταλλαγή γκλουονίων.
Πόσα κουάρκ υπάρχουν στα νουκλεόνια;
Κάθε νετρόνιο αποτελείται από ένα ζεύγος d-κουάρκ, ακόμη και από ένα μοναδικό u-κουάρκ. Κάθε πρωτόνιο, αντίθετα, αποτελείται από ένα μοναδικό d-κουάρκ και ένα ζεύγος u-κουάρκ. Παρεμπιπτόντως, τα γράμματα εκχωρούνται ανάλογα με τους κβαντικούς αριθμούς.
Ας εξηγήσουμε. Για παράδειγμα, η διάσπαση βήτα εξηγείται ακριβώς από τον μετασχηματισμό ενός ίδιου τύπου κουάρκ στη σύνθεση του νουκλεονίου σε ένα άλλο. Για να γίνει πιο σαφές, αυτή η διαδικασία μπορεί να γραφτεί ως τύπος όπως αυτός: d=u + w (πρόκειται για διάσπαση νετρονίων). Αντίστοιχα,το πρωτόνιο γράφεται με έναν ελαφρώς διαφορετικό τύπο: u=d + w.
Παρεμπιπτόντως, είναι η τελευταία διαδικασία που εξηγεί τη συνεχή ροή νετρίνων και ποζιτρονίων από μεγάλα σμήνη αστέρων. Έτσι, στην κλίμακα του σύμπαντος, υπάρχουν λίγα σωματίδια τόσο σημαντικά όσο το κουάρκ: το πλάσμα γλουονίου, όπως έχουμε ήδη πει, επιβεβαιώνει το γεγονός της μεγάλης έκρηξης και οι μελέτες αυτών των σωματιδίων επιτρέπουν στους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την ίδια την ουσία του ο κόσμος στον οποίο ζούμε.
Τι είναι μικρότερο από ένα κουάρκ;
Με την ευκαιρία, από τι αποτελούνται τα κουάρκ; Τα συστατικά τους σωματίδια είναι προονίδια. Αυτά τα σωματίδια είναι πολύ μικρά και ελάχιστα κατανοητά, έτσι ώστε ακόμη και σήμερα δεν είναι γνωστά πολλά για αυτά. Αυτό είναι ό,τι είναι μικρότερο από ένα κουάρκ.
Από πού προήλθαν;
Μέχρι σήμερα, οι πιο κοινές δύο υποθέσεις για το σχηματισμό των πρεονίων: η θεωρία χορδών και η θεωρία Bilson-Thompson. Στην πρώτη περίπτωση, η εμφάνιση αυτών των σωματιδίων εξηγείται από ταλαντώσεις χορδών. Η δεύτερη υπόθεση υποδηλώνει ότι η εμφάνισή τους προκαλείται από μια διεγερμένη κατάσταση του χώρου και του χρόνου.
Είναι ενδιαφέρον ότι στη δεύτερη περίπτωση, το φαινόμενο μπορεί να περιγραφεί πλήρως χρησιμοποιώντας τον πίνακα παράλληλης μεταφοράς κατά μήκος των καμπυλών του δικτύου περιστροφής. Οι ιδιότητες αυτής της μήτρας προκαθορίζουν αυτές για το preon. Από αυτό είναι φτιαγμένα τα κουάρκ.
Συνοψίζοντας ορισμένα αποτελέσματα, μπορούμε να πούμε ότι τα κουάρκ είναι ένα είδος «κβάντα» στη σύνθεση των αδρονίων. Εντυπωσιασμένος; Και τώρα θα μιλήσουμε για το πώς ανακαλύφθηκε το κουάρκ γενικά. Αυτή είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα ιστορία, η οποία, επιπλέον, αποκαλύπτει πλήρως ορισμένες από τις αποχρώσεις που περιγράφονται παραπάνω.
Παράξενα σωματίδια
Αμέσως μετά το τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, οι επιστήμονες άρχισαν να εξερευνούν ενεργά τον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων, ο οποίος μέχρι τότε έμοιαζε πρωτόγονα απλός (σύμφωνα με αυτές τις ιδέες). Τα πρωτόνια, τα νετρόνια (νουκλεόνια) και τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα άτομο. Το 1947 ανακαλύφθηκαν πιόνια (και η ύπαρξή τους είχε προβλεφθεί το 1935), τα οποία ήταν υπεύθυνα για την αμοιβαία έλξη των νουκλεονίων στον πυρήνα των ατόμων. Περισσότερες από μία επιστημονικές εκθέσεις αφιερώθηκαν σε αυτό το γεγονός ταυτόχρονα. Τα κουάρκ δεν είχαν ακόμη ανακαλυφθεί, αλλά η στιγμή της επίθεσης στο «ίχνος» τους πλησίαζε.
Τα νετρίνα δεν είχαν ακόμη ανακαλυφθεί μέχρι εκείνη τη στιγμή. Αλλά η φαινομενική σημασία τους στην εξήγηση της βήτα διάσπασης των ατόμων ήταν τόσο μεγάλη που οι επιστήμονες είχαν ελάχιστη αμφιβολία για την ύπαρξή τους. Επιπλέον, ορισμένα αντισωματίδια έχουν ήδη ανιχνευθεί ή προβλεφθεί. Το μόνο πράγμα που παρέμενε ασαφές ήταν η κατάσταση με τα μιόνια, τα οποία σχηματίστηκαν κατά τη διάσπαση των πιονίων και στη συνέχεια πέρασαν σε κατάσταση νετρίνου, ηλεκτρονίου ή ποζιτρονίου. Οι φυσικοί δεν κατάλαβαν καθόλου σε τι χρησιμεύει αυτός ο ενδιάμεσος σταθμός.
Δυστυχώς, ένα τόσο απλό και ανεπιτήδευτο μοντέλο δεν επιβίωσε για πολύ στη στιγμή της ανακάλυψης των παιώνων. Το 1947, δύο Άγγλοι φυσικοί, ο George Rochester και ο Clifford Butler, δημοσίευσαν ένα ενδιαφέρον άρθρο στο επιστημονικό περιοδικό Nature. Το υλικό για αυτό ήταν η μελέτη τους για τις κοσμικές ακτίνες μέσω ενός θαλάμου σύννεφων, κατά τη διάρκεια του οποίου έλαβαν περίεργες πληροφορίες. Σε μία από τις φωτογραφίες που τραβήχτηκαν κατά τη διάρκεια της παρατήρησης, φαινόταν καθαρά ένα ζευγάρι ιχνών με κοινή αρχή. Εφόσον η ασυμφωνία έμοιαζε με το λατινικό V, έγινε αμέσως σαφές– το φορτίο αυτών των σωματιδίων είναι σίγουρα διαφορετικό.
Οι επιστήμονες υπέθεσαν αμέσως ότι αυτά τα ίχνη υποδηλώνουν το γεγονός της διάσπασης κάποιου άγνωστου σωματιδίου, το οποίο δεν άφησε άλλα ίχνη. Οι υπολογισμοί έχουν δείξει ότι η μάζα του είναι περίπου 500 MeV, που είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή την τιμή για ένα ηλεκτρόνιο. Φυσικά, οι ερευνητές ονόμασαν την ανακάλυψή τους το σωματίδιο V. Ωστόσο, δεν ήταν ακόμα κουάρκ. Αυτό το σωματίδιο περίμενε ακόμα στα φτερά.
Μόλις ξεκινάμε
Όλα ξεκίνησαν με αυτήν την ανακάλυψη. Το 1949, κάτω από τις ίδιες συνθήκες, ανακαλύφθηκε ένα ίχνος ενός σωματιδίου, από το οποίο δημιουργήθηκαν τρία πιόνια ταυτόχρονα. Σύντομα έγινε σαφές ότι αυτή, όπως και το σωματίδιο V, είναι εντελώς διαφορετικοί εκπρόσωποι μιας οικογένειας που αποτελείται από τέσσερα σωματίδια. Στη συνέχεια, ονομάστηκαν Κ-μεσόνια (καόνια).
Ένα ζεύγος φορτισμένων καονίων έχει μάζα 494 MeV και στην περίπτωση ουδέτερου φορτίου - 498 MeV. Παρεμπιπτόντως, το 1947, οι επιστήμονες είχαν την τύχη να συλλάβουν ακριβώς την ίδια πολύ σπάνια περίπτωση αποσύνθεσης ενός θετικού kaon, αλλά εκείνη την εποχή απλά δεν μπορούσαν να ερμηνεύσουν σωστά την εικόνα. Ωστόσο, για να είμαστε απολύτως δίκαιοι, στην πραγματικότητα, η πρώτη παρατήρηση του καόν έγινε το 1943, αλλά οι πληροφορίες σχετικά με αυτό σχεδόν χάθηκαν στο πλαίσιο πολλών μεταπολεμικών επιστημονικών δημοσιεύσεων.
Νέα παραξενιά
Και στη συνέχεια, περισσότερες ανακαλύψεις περίμεναν τους επιστήμονες. Το 1950 και το 1951, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ και του Μέλνμπουργκ κατάφεραν να βρουν σωματίδια πολύ βαρύτερα από τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Και πάλι δεν είχε φορτίο, αλλά διασπάστηκε σε πρωτόνιο και πιόνιο. Το τελευταίο, όπως γίνεται κατανοητό,αρνητικό φορτίο. Το νέο σωματίδιο ονομάστηκε Λ (λάμδα).
Όσο περνούσε ο χρόνος, τόσο περισσότερες ερωτήσεις είχαν οι επιστήμονες. Το πρόβλημα ήταν ότι τα νέα σωματίδια προέκυψαν αποκλειστικά από ισχυρές ατομικές αλληλεπιδράσεις, διασπώνται γρήγορα στα γνωστά πρωτόνια και νετρόνια. Επιπλέον, εμφανίζονταν πάντα σε ζευγάρια, δεν υπήρχαν ποτέ μεμονωμένες εκδηλώσεις. Γι' αυτό μια ομάδα φυσικών από τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία πρότεινε τη χρήση ενός νέου κβαντικού αριθμού - παραξενιάς - στην περιγραφή τους. Σύμφωνα με τον ορισμό τους, το παράξενο όλων των άλλων γνωστών σωματιδίων ήταν μηδέν.
Περαιτέρω έρευνα
Η ανακάλυψη στην έρευνα έγινε μόνο μετά την εμφάνιση μιας νέας συστηματοποίησης των αδρονίων. Η πιο εξέχουσα προσωπικότητα σε αυτό ήταν ο Ισραηλινός Yuval Neaman, ο οποίος άλλαξε την καριέρα ενός εξαιρετικού στρατιωτικού σε μια εξίσου λαμπρή πορεία επιστήμονα.
Παρατήρησε ότι τα μεσόνια και τα βαρυόνια που ανακαλύφθηκαν εκείνη την εποχή διασπώνται, σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα σχετικών σωματιδίων, πολλαπλάσια. Τα μέλη κάθε τέτοιας ένωσης έχουν ακριβώς την ίδια παραξενιά, αλλά αντίθετα ηλεκτρικά φορτία. Δεδομένου ότι οι πραγματικά ισχυρές πυρηνικές αλληλεπιδράσεις δεν εξαρτώνται καθόλου από ηλεκτρικά φορτία, από όλες τις άλλες απόψεις τα σωματίδια από το πολλαπλό μοιάζουν με τέλεια δίδυμα.
Οι επιστήμονες πρότειναν ότι κάποια φυσική συμμετρία είναι υπεύθυνη για την εμφάνιση τέτοιων σχηματισμών και σύντομα κατάφεραν να τη βρουν. Αποδείχθηκε ότι ήταν μια απλή γενίκευση της ομάδας σπιν SU(2), την οποία χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο για να περιγράψουν τους κβαντικούς αριθμούς. Εδώμόνο τότε ήταν ήδη γνωστά 23 αδρόνια και τα σπιν τους ήταν ίσα με 0, ½ ή ακέραια μονάδα, και επομένως δεν ήταν δυνατό να χρησιμοποιηθεί μια τέτοια ταξινόμηση.
Σαν αποτέλεσμα, δύο κβαντικοί αριθμοί έπρεπε να χρησιμοποιηθούν για ταξινόμηση ταυτόχρονα, λόγω του οποίου η ταξινόμηση επεκτάθηκε σημαντικά. Κάπως έτσι εμφανίστηκε η ομάδα SU(3) που δημιουργήθηκε στις αρχές του αιώνα από τον Γάλλο μαθηματικό Elie Cartan. Για να προσδιορίσουν τη συστηματική θέση κάθε σωματιδίου σε αυτό, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει ένα ερευνητικό πρόγραμμα. Το κουάρκ στη συνέχεια μπήκε εύκολα στη συστηματική σειρά, κάτι που επιβεβαίωσε την απόλυτη ορθότητα των ειδικών.
Νέοι κβαντικοί αριθμοί
Έτσι οι επιστήμονες σκέφτηκαν να χρησιμοποιήσουν αφηρημένους κβαντικούς αριθμούς, οι οποίοι έγιναν υπερφόρτιση και ισοτοπική περιστροφή. Ωστόσο, η παραξενιά και το ηλεκτρικό φορτίο μπορούν να ληφθούν με την ίδια επιτυχία. Αυτό το σχήμα ονομαζόταν συμβατικά Οκταπλό Μονοπάτι. Αυτό αποτυπώνει την αναλογία με τον Βουδισμό, όπου πριν φτάσετε στη νιρβάνα, πρέπει επίσης να περάσετε από οκτώ επίπεδα. Ωστόσο, όλα αυτά είναι στίχοι.
Ο Neeman και ο συνάδελφός του, Gell-Mann, δημοσίευσαν το έργο τους το 1961, και ο αριθμός των μεσονίων που ήταν γνωστοί τότε δεν ξεπερνούσε τα επτά. Αλλά στο έργο τους, οι ερευνητές δεν φοβήθηκαν να αναφέρουν την υψηλή πιθανότητα ύπαρξης του όγδοου μεσονίου. Το ίδιο 1961, η θεωρία τους επιβεβαιώθηκε έξοχα. Το σωματίδιο που βρέθηκε ονομάστηκε eta meson (ελληνικό γράμμα η).
Περαιτέρω ευρήματα και πειράματα με τη φωτεινότητα επιβεβαίωσαν την απόλυτη ορθότητα της ταξινόμησης SU(3). Αυτή η συγκυρία έχει γίνει ισχυρήένα κίνητρο για ερευνητές που έχουν διαπιστώσει ότι βρίσκονται στο σωστό δρόμο. Ακόμη και ο ίδιος ο Gell-Mann δεν αμφέβαλλε πλέον ότι τα κουάρκ υπάρχουν στη φύση. Οι κριτικές σχετικά με τη θεωρία του δεν ήταν πολύ θετικές, αλλά ο επιστήμονας ήταν σίγουρος ότι είχε δίκιο.
Εδώ είναι τα κουάρκ
Σύντομα δημοσιεύτηκε το άρθρο "Σχηματικό μοντέλο βαρυονίων και μεσονίων". Σε αυτό, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αναπτύξουν περαιτέρω την ιδέα της συστηματοποίησης, η οποία αποδείχθηκε τόσο χρήσιμη. Βρήκαν ότι το SU(3) επιτρέπει την ύπαρξη ολόκληρων τριπλέτων φερμιονίων, των οποίων το ηλεκτρικό φορτίο κυμαίνεται από 2/3 έως 1/3 και -1/3, και στην τριάδα ένα σωματίδιο έχει πάντα μη μηδενική παραξενιά. Ο Gell-Mann, ήδη γνωστός σε εμάς, τα ονόμασε «στοιχειώδη σωματίδια κουάρκ».
Σύμφωνα με τις κατηγορίες, τους όρισε ως u, d και s (από τις αγγλικές λέξεις up, down και strange). Σύμφωνα με το νέο σχήμα, κάθε βαρυόνιο σχηματίζεται από τρία κουάρκ ταυτόχρονα. Τα μεσόνια είναι πολύ πιο απλά. Περιλαμβάνουν ένα κουάρκ (αυτός ο κανόνας είναι ακλόνητος) και ένα αντικουάρκ. Μόνο μετά από αυτό η επιστημονική κοινότητα αντιλήφθηκε την ύπαρξη αυτών των σωματιδίων, στα οποία είναι αφιερωμένο το άρθρο μας.
Λίγο περισσότερο φόντο
Αυτό το άρθρο, το οποίο σε μεγάλο βαθμό προκαθόρισε την ανάπτυξη της φυσικής για τα επόμενα χρόνια, έχει ένα μάλλον περίεργο υπόβαθρο. Ο Gell-Mann σκέφτηκε την ύπαρξη αυτού του είδους των τριδύμων πολύ πριν από τη δημοσίευσή του, αλλά δεν συζήτησε τις υποθέσεις του με κανέναν. Γεγονός είναι ότι οι υποθέσεις του για την ύπαρξη σωματιδίων με κλασματικό φορτίο έμοιαζαν σαν ανοησίες. Ωστόσο, αφού μίλησε με τον διαπρεπή θεωρητικό φυσικό Robert Serber, έμαθε ότι ο συνάδελφός τουέβγαλε ακριβώς τα ίδια συμπεράσματα.
Εξάλλου, ο επιστήμονας έκανε το μόνο σωστό συμπέρασμα: η ύπαρξη τέτοιων σωματιδίων είναι δυνατή μόνο εάν δεν είναι ελεύθερα φερμιόνια, αλλά αποτελούν μέρος των αδρονίων. Πράγματι, σε αυτή την περίπτωση, οι χρεώσεις τους αποτελούν ένα ενιαίο σύνολο! Στην αρχή, ο Gell-Mann τα αποκάλεσε κουάρκ και τα ανέφερε ακόμη και στο MTI, αλλά η αντίδραση μαθητών και καθηγητών ήταν πολύ συγκρατημένη. Γι' αυτό ο επιστήμονας σκέφτηκε για πολύ καιρό αν θα έπρεπε να υποβάλει την έρευνά του στο κοινό.
Η ίδια η λέξη "κουάρκ" (ένας ήχος που θυμίζει την κραυγή των πάπιων) προήλθε από το έργο του Τζέιμς Τζόις. Παραδόξως, αλλά ο Αμερικανός επιστήμονας έστειλε το άρθρο του στο διάσημο ευρωπαϊκό επιστημονικό περιοδικό Physics Letters, καθώς φοβόταν σοβαρά ότι οι συντάκτες της αμερικανικής έκδοσης του Physical Review Letters, παρόμοιοι σε επίπεδο επιπέδου, δεν θα το δέχονταν για δημοσίευση. Παρεμπιπτόντως, αν θέλετε να δείτε τουλάχιστον ένα αντίγραφο αυτού του άρθρου, έχετε έναν άμεσο δρόμο για το ίδιο Μουσείο του Βερολίνου. Δεν υπάρχουν κουάρκ στην έκθεσή του, αλλά υπάρχει ένα πλήρες ιστορικό της ανακάλυψής τους (ακριβέστερα, τεκμηριωτικά στοιχεία).
Έναρξη της Επανάστασης Κουάρκ
Για να είμαστε δίκαιοι, πρέπει να σημειωθεί ότι σχεδόν την ίδια εποχή, ένας επιστήμονας από το CERN, ο George Zweig, κατέληξε σε μια παρόμοια ιδέα. Πρώτα, ο ίδιος ο Gell-Mann ήταν ο μέντοράς του και μετά ο Richard Feynman. Ο Τσβάιχ προσδιόρισε επίσης την πραγματικότητα της ύπαρξης φερμιονίων που είχαν κλασματικά φορτία, τα ονόμασε μόνο άσους. Επιπλέον, ο ταλαντούχος φυσικός θεωρούσε επίσης τα βαρυόνια ως ένα τρίο κουάρκ και τα μεσόνια ως συνδυασμό κουάρκ.και αντικουάρκ.
Με απλά λόγια, ο μαθητής επανέλαβε εντελώς τα συμπεράσματα του δασκάλου του και τελείως χωρισμένος από αυτόν. Το έργο του εμφανίστηκε ακόμη και μερικές εβδομάδες πριν από τη δημοσίευση του Mann, αλλά μόνο ως ένα «σπιτικό» έργο του ινστιτούτου. Ωστόσο, ήταν η παρουσία δύο ανεξάρτητων εργασιών, τα συμπεράσματα των οποίων ήταν σχεδόν πανομοιότυπα, που έπεισε αμέσως ορισμένους επιστήμονες για την ορθότητα της προτεινόμενης θεωρίας.
Από την απόρριψη στην εμπιστοσύνη
Αλλά πολλοί ερευνητές αποδέχθηκαν αυτή τη θεωρία όχι αμέσως. Ναι, δημοσιογράφοι και θεωρητικοί το ερωτεύτηκαν γρήγορα για τη σαφήνεια και την απλότητά του, αλλά οι σοβαροί φυσικοί το αποδέχτηκαν μόνο μετά από 12 χρόνια. Μην τους κατηγορείτε ότι είναι πολύ συντηρητικοί. Το γεγονός είναι ότι αρχικά η θεωρία των κουάρκ αντιφάσκει έντονα με την αρχή Pauli, την οποία αναφέραμε στην αρχή του άρθρου. Αν υποθέσουμε ότι ένα πρωτόνιο περιέχει ένα ζεύγος u-κουάρκ και ένα μόνο d-κουάρκ, τότε το πρώτο πρέπει να βρίσκεται αυστηρά στην ίδια κβαντική κατάσταση. Σύμφωνα με τον Pauli, αυτό είναι αδύνατο.
Τότε εμφανίστηκε ένας επιπλέον κβαντικός αριθμός, που εκφράζεται ως χρώμα (το οποίο αναφέραμε επίσης παραπάνω). Επιπλέον, ήταν εντελώς ακατανόητο πώς αλληλεπιδρούν γενικά τα στοιχειώδη σωματίδια των κουάρκ, γιατί δεν εμφανίζονται οι ελεύθερες ποικιλίες τους. Όλα αυτά τα μυστικά βοήθησαν πολύ να αποκαλυφθούν από τη Θεωρία των Πεδίων Μετρητών, η οποία «έφερε στο μυαλό» μόλις στα μέσα της δεκαετίας του '70. Την ίδια περίπου εποχή, η θεωρία των κουάρκ των αδρονίων συμπεριλήφθηκε οργανικά σε αυτήν.
Αλλά πάνω από όλα, η ανάπτυξη της θεωρίας αναχαιτίστηκε από την πλήρη απουσία τουλάχιστον ορισμένων πειραματικών πειραμάτων,που θα επιβεβαίωνε τόσο την ίδια την ύπαρξη όσο και την αλληλεπίδραση των κουάρκ μεταξύ τους και με άλλα σωματίδια. Και σταδιακά άρχισαν να εμφανίζονται μόνο από τα τέλη της δεκαετίας του '60, όταν η ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας κατέστησε δυνατή τη διεξαγωγή ενός πειράματος με τη "μετάδοση" πρωτονίων από ρεύματα ηλεκτρονίων. Ήταν αυτά τα πειράματα που κατέστησαν δυνατό να αποδειχθεί ότι ορισμένα σωματίδια πραγματικά «κρύβονταν» μέσα στα πρωτόνια, τα οποία αρχικά ονομάζονταν παρτόνια. Στη συνέχεια, ωστόσο, πείστηκαν ότι αυτό δεν ήταν τίποτα άλλο από ένα αληθινό κουάρκ, αλλά αυτό συνέβη μόλις στα τέλη του 1972.
Πειραματική επιβεβαίωση
Φυσικά, χρειάζονταν πολύ περισσότερα πειραματικά δεδομένα για να πειστεί τελικά η επιστημονική κοινότητα. Το 1964, ο James Bjorken και ο Sheldon Glashow (παρεμπιπτόντως ο μελλοντικός νικητής του βραβείου Νόμπελ) πρότειναν ότι μπορεί να υπάρχει και ένα τέταρτο είδος κουάρκ, το οποίο ονόμασαν γοητευτικό.
Χάρη σε αυτήν την υπόθεση, ήδη το 1970 οι επιστήμονες μπόρεσαν να εξηγήσουν πολλές από τις παραξενιές που παρατηρήθηκαν κατά τη διάσπαση των ουδέτερα φορτισμένων καονίων. Τέσσερα χρόνια αργότερα, δύο ανεξάρτητες ομάδες Αμερικανών φυσικών κατάφεραν αμέσως να διορθώσουν τη διάσπαση του μεσονίου, που περιελάμβανε μόνο ένα «γοητευμένο» κουάρκ, καθώς και το αντικουάρκ του. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι αυτό το γεγονός ονομάστηκε αμέσως Νοεμβριανή Επανάσταση. Για πρώτη φορά, η θεωρία των κουάρκ έλαβε περισσότερο ή λιγότερο «οπτική» επιβεβαίωση.
Η σημασία της ανακάλυψης αποδεικνύεται από το γεγονός ότι οι ηγέτες του έργου, Samuel Ting και Barton Richter, έχουν ήδηδέχτηκαν το Νόμπελ τους για δύο χρόνια: αυτό το γεγονός αντικατοπτρίζεται σε πολλά άρθρα. Μπορείτε να δείτε μερικά από αυτά στο πρωτότυπο αν επισκεφτείτε το Μουσείο Φυσικών Επιστημών της Νέας Υόρκης. Τα κουάρκ, όπως έχουμε ήδη πει, είναι μια εξαιρετικά σημαντική ανακάλυψη της εποχής μας, και ως εκ τούτου δίνεται μεγάλη προσοχή σε αυτά στην επιστημονική κοινότητα.
Τελικό επιχείρημα
Μόλις το 1976 οι ερευνητές βρήκαν ένα σωματίδιο με μη μηδενική γοητεία, το ουδέτερο D-μεσόνιο. Αυτός είναι ένας αρκετά περίπλοκος συνδυασμός ενός γοητευμένου κουάρκ και ενός αντικουάρκ u. Εδώ, ακόμη και οι σκληροπυρηνικοί αντίπαλοι της ύπαρξης των κουάρκ αναγκάστηκαν να παραδεχτούν την ορθότητα της θεωρίας, που διατυπώθηκε για πρώτη φορά πριν από περισσότερες από δύο δεκαετίες. Ένας από τους πιο διάσημους θεωρητικούς φυσικούς, ο John Ellis, αποκάλεσε τη γοητεία «ο μοχλός που γύρισε τον κόσμο».
Σύντομα ο κατάλογος των νέων ανακαλύψεων περιελάμβανε ένα ζευγάρι ιδιαίτερα ογκωδών κουάρκ, πάνω και κάτω, που θα μπορούσαν εύκολα να συσχετιστούν με τη συστηματοποίηση SU(3) που ήταν ήδη αποδεκτή εκείνη την εποχή. Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες μιλούν για την ύπαρξη των λεγόμενων τετρακουάρκων, τα οποία ορισμένοι επιστήμονες έχουν ήδη ονομάσει "μόρια αδρονίου".
Μερικά συμπεράσματα και συμπεράσματα
Πρέπει να καταλάβετε ότι η ανακάλυψη και η επιστημονική αιτιολόγηση για την ύπαρξη κουάρκ μπορεί πράγματι να θεωρηθεί με ασφάλεια επιστημονική επανάσταση. Μπορεί να θεωρηθεί το έτος 1947 (κατ' αρχήν, 1943) ως η αρχή του και το τέλος του πέφτει στην ανακάλυψη του πρώτου «μαγεμένου» μεσονίου. Αποδεικνύεται ότι η διάρκεια της τελευταίας ανακάλυψης αυτού του επιπέδου μέχρι σήμερα είναι, όχι λιγότερο, όσο 29 χρόνια (ή ακόμα και 32 χρόνια)! Και όλα αυτάδαπανήθηκε χρόνος όχι μόνο για να βρεθεί το κουάρκ! Ως το αρχέγονο αντικείμενο στο σύμπαν, το πλάσμα γλουονίων προσέλκυσε σύντομα πολύ περισσότερη προσοχή από τους επιστήμονες.
Ωστόσο, όσο πιο σύνθετος γίνεται ο τομέας της μελέτης, τόσο περισσότερος χρόνος χρειάζεται για να γίνουν πραγματικά σημαντικές ανακαλύψεις. Όσο για τα σωματίδια που συζητάμε, κανείς δεν μπορεί να υποτιμήσει τη σημασία μιας τέτοιας ανακάλυψης. Μελετώντας τη δομή των κουάρκ, ένα άτομο θα μπορέσει να διεισδύσει βαθύτερα στα μυστικά του σύμπαντος. Είναι πιθανό ότι μόνο μετά από μια πλήρη μελέτη τους θα μπορέσουμε να μάθουμε πώς έγινε η μεγάλη έκρηξη και σύμφωνα με ποιους νόμους αναπτύσσεται το Σύμπαν μας. Σε κάθε περίπτωση, ήταν η ανακάλυψή τους που κατέστησε δυνατό να πειστούν πολλοί φυσικοί ότι η πραγματικότητα που μας περιβάλλει είναι πολύ πιο περίπλοκη από τις προηγούμενες ιδέες.
Έχετε μάθει λοιπόν τι είναι κουάρκ. Αυτό το σωματίδιο κάποτε έκανε πολύ θόρυβο στον επιστημονικό κόσμο και σήμερα οι ερευνητές είναι γεμάτοι ελπίδες να αποκαλύψουν επιτέλους όλα τα μυστικά του.
