33.5: Quarks - Je, Hiyo Yote Kuna?

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Kufafanua chembe ya msingi.
• Eleza quark na antiquark.
• Orodha ya ladha ya quark.
• Eleza muundo wa quark wa harrons.
• Tambua namba za quantum kutoka kwa utungaji wa quark.

Quarks zimetajwa kwa pointi mbalimbali katika maandishi haya kama vitalu vya msingi vya ujenzi na wanachama wa klabu ya kipekee ya chembe za msingi za kweli. Kumbuka kuwa chembe ya msingi au ya msingi haina substructure (haijafanywa na chembe nyingine) na haina ukubwa wa mwisho isipokuwa wavelength yake. Hii haina maana kwamba chembe za msingi ni imara-baadhi ya kuoza, wakati wengine hawana. Kumbuka kwamba leptoni zote zinaonekana kuwa za msingi, wakati hakuna harrons ni ya msingi. Kuna ushahidi mkubwa kwamba quarks ni msingi wa kujenga vitalu vya hadrons kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Quarks ni kundi la pili la chembe za msingi (leptoni ni ya kwanza). Kikundi cha tatu na labda cha mwisho cha chembe za msingi ni chembe za carrier kwa nguvu nne za msingi. Leptons, quarks, na chembe carrier inaweza kuwa wote kuna. Katika moduli hii tutajadili substructure ya quark ya hadrons na uhusiano wake na nguvu na pia zinaonyesha baadhi ya maswali yaliyobaki na matatizo.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Baryons zote, kama vile protoni na neutroni zilizoonyeshwa hapa, zinajumuisha quarks tatu. Mesons wote, kama vile pions zilizoonyeshwa hapa, zinajumuisha jozi ya quark-antiquark. Mishale inawakilisha spins ya quarks, ambayo, kama tutakavyoona, pia ni rangi. Rangi ni kama wanahitaji kuongeza nyeupe kwa mchanganyiko wowote wa quarks.

Mimba ya Quarks

Quarks zilipendekezwa kwanza kwa kujitegemea na wanafizikia wa Marekani Murray Gell-Mann na George Zweig mwaka 1963. Jina lao la quaint lilichukuliwa na Gell-Mann kutoka James Joyce riwaya- Gell-Mann pia alikuwa na jukumu kubwa kwa dhana na jina la ugeni. (Majina ya kichekesho ni ya kawaida katika fizikia ya chembe, kuonyesha sifa za fizikia za kisasa.) Awali, aina tatu za quark-au ladha -zilipendekezwa kuhesabu kwa mesons na baryons zilizojulikana. Hizi ladha quark ni jina up (\(u\)), chini (\(d\)), na ajabu (\(s\)). Quarks zote zina spin ya nusu muhimu na hivyo ni fermions. Mesons wote wana spin muhimu wakati baryons wote wana nusu muhimu spin. Kwa hiyo, mesons inapaswa kuwa na idadi hata ya quarks wakati baryons inahitaji kuwa na idadi isiyo ya kawaida ya quarks. Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha substructure ya quark ya protoni, neutroni, na pioni mbili. Pendekezo kubwa zaidi na Gell-Mann na Zweig ni mashtaka ya sehemu ya quarks, ambayo ni\(±(\frac{2}{3})q_e\) na\((\frac{1}{3})q_e\), wakati chembe zote zilizozingatiwa moja kwa moja zina mashtaka ambayo ni makundi muhimu ya qe. Kumbuka kuwa thamani ya sehemu ya quark haivunja ukweli kwamba e ni kitengo kidogo cha malipo ambacho kinazingatiwa, kwa sababu quark ya bure haiwezi kuwepo. Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaorodhesha sifa za ladha sita za quark ambazo sasa zinafikiriwa kuwepo. Uvumbuzi uliofanywa tangu 1963 umehitaji ladha ya ziada ya quark, ambayo imegawanywa katika familia tatu zinazofanana kabisa na leptoni.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Quarks na Antiquarks

Jina	Mkono	Antiparticle	Spin	Charge	B	S	c	b	t	Misa\((GeV/c^2)\)
Up	u	\(\bar{u}\)	1/2	\(±\frac{2}{3}q_e\)	\(±\frac{1}{3}\)	0	0	0	0	\ ((GEV/C^2)\)” style="wima align:katikati; "> 0.005
Down	d	\(\bar{d}\)	1/2	\(±\frac{1}{3}q_e\)	\(±\frac{1}{3}\)	0	0	0	0	\ ((GEV/C^2)\)” style="wima align:katikati; "> 0.008
Strange	s	\(\bar{s}\)	1/2	\(±\frac{1}{3}q_e\)	\(±\frac{1}{3}\)	\(±1\)	0	0	0	\ ((GEV/C^2)\)” style="wima align:katikati; "> 0.50
Mvutiwa	c	\(\bar{c}\)	1/2	\(±\frac{2}{3}q_e\)	\(±\frac{1}{3}\)	0	\(±1\)	0	0	\ ((GEV/C^2)\)” style="wima align:katikati; "> 1.6
Chini	b	\(\bar{b}\)	1/2	\(±\frac{1}{3}q_e\)	\(±\frac{1}{3}\)	0	0	\(±1\)	0	\ ((GEV/C^2)\)” style="wima align:katikati; "> 5
Top	t	\(\bar{t}\)	1/2	\(±\frac{2}{3}q_e\)	\(±\frac{1}{3}\)	0	0	0	\(±1\)	\ ((GEV/C^2)\)” style="wima align:katikati; "> 173

Je, ni kazi gani?

Ili kuelewa jinsi hizi substructures quark kazi, hebu hasa kuchunguza proton, neutron, na pions mbili pichani katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kabla ya kuhamia juu ya masuala zaidi ya jumla. Kwanza, proton p inajumuisha quarks tatu uud, ili malipo yake yote ni

\[+\left(\frac{2}{3}\right)q_e+\left(\frac{2}{3}\right)q_e−\left(\frac{1}{3}\right)q_e=q_e\]

kama ilivyotarajiwa. Kwa spins iliyokaa kama ilivyo kwenye takwimu, spin ya ndani ya proton ni

\[+\left(\dfrac{1}{2}\right)+\left(\dfrac{1}{2}\right)−\left(\dfrac{1}{2}\right)=\left(\dfrac{1}{2}\right)\]

pia kama ilivyotarajiwa. Kumbuka kwamba spins ya quarks up ni iliyokaa, ili wawe katika hali moja isipokuwa kuwa na rangi tofauti (namba nyingine quantum kufafanuliwa juu ya baadaye kidogo). Quarks hutii kanuni ya kutengwa kwa Pauli. Maoni kama hayo yanatumika kwa neutroni n, ambayo inajumuisha quarks tatu\(udd\). Kumbuka pia kwamba nyutroni hutengenezwa kwa mashtaka yanayoongeza hadi sifuri lakini huhamia ndani, huzalisha wakati wake maalumu wa magnetic. Wakati nyutroni\(β^−\) inapoharibika, inafanya hivyo kwa kubadilisha ladha ya moja ya quarks zake. Kuandika\(β^−\) kuoza kwa neutroni kwa suala la quarks,

\[n→p+β^−+\bar{v_e}\]

inakuwa

\[udd→uud+β^−+\bar{v_e}\]

Tunaona kwamba hii ni sawa na chini quark kubadilisha ladha kuwa up quark:

\[d→u+β^−+\bar{v_e}\]Hii ni mfano wa ukweli wa jumla kwamba nguvu dhaifu ya nyuklia inaweza kubadilisha ladha ya quark. Kwa ujumla, tunamaanisha kwamba quark yoyote inaweza kubadilishwa kwa nyingine yoyote (mabadiliko ya ladha) na nguvu dhaifu ya nyuklia. Si tu tunaweza kupata\(d→u\), tunaweza pia kupata\(u→d\). Zaidi ya hayo, quark ajabu inaweza kubadilishwa na nguvu dhaifu, pia, kufanya\(s→u\) na\(s→d\) iwezekanavyo. Hii inaelezea ukiukwaji wa uhifadhi wa udanganyifu na nguvu dhaifu iliyoelezwa katika sehemu iliyotangulia. Ukweli mwingine wa jumla ni kwamba nguvu kali za nyuklia haziwezi kubadilisha ladha ya quark.

Tena, kutoka Kielelezo\(\PageIndex{1}\), tunaona kwamba\(π^+\) meson (moja ya pions tatu) linajumuisha hadi quark pamoja na quark antidown, au\(u\bar{d}\). Malipo yake yote ni hivyo\(+(\frac{2}{3})q_e+(\frac{1}{3})q_e=q_e\), kama inavyotarajiwa. Nambari yake ya baryoni ni 0, kwani ina quark na antiquark yenye namba za baryoni\(+(\frac{1}{3})−(\frac{1}{3})=0\). \(π^+\)Maisha ya nusu ni ya muda mrefu tangu, ingawa inajumuisha suala na antimater, quarks ni ladha tofauti na nguvu dhaifu inapaswa kusababisha kuoza kwa kubadilisha ladha ya moja kuwa ile ya nyingine. Spins ya\(u\) na\(\bar{d}\) quarks ni antiparallel, kuwezesha pion kuwa na spin sifuri, kama inavyoonekana experimentally. Hatimaye,\(π^−\) meson inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\) ni antiparticle ya\(π^+\) meson, na ni linajumuisha sambamba quark antiparticles. Hiyo ni,\(π^+\) meson ni\(u\bar{d}\), wakati\(π^−\) meson ni\(u\bar{d}\). Pions hizi mbili huangamiza haraka, kwa sababu quarks zao za msingi ni antiparticles za kila mmoja.

Kanuni za Quark

Sheria mbili za jumla za kuchanganya quarks kuunda harrons ni:

1. Baryons hujumuisha quarks tatu, na antibaryons zinajumuisha antiquarks tatu.
2. Mesons ni mchanganyiko wa quark na antiquark.

Moja ya mambo ya ujanja kuhusu mpango huu ni kwamba matokeo tu ya mashtaka muhimu, ingawa quarks zina malipo ya sehemu.

Mchanganyiko wote ni Inawezekana

Mchanganyiko wote wa quark inawezekana na Jedwali\(\PageIndex{2}\) linaorodhesha baadhi ya mchanganyiko huu. Wakati Gell-Mann na Zweig mapendekezo ya awali tatu quark ladha, chembe sambamba na mchanganyiko wote wa wale watatu walikuwa aliona. Mfano ulikuwa pale, lakini haikuwa kamili - kama ilivyokuwa katika meza ya mara kwa mara ya vipengele na chati ya nuclides. \(Ω^−\)Chembe, hasa, haijawahi kugunduliwa lakini ilitabiriwa na nadharia ya quark. Mchanganyiko wake wa quarks tatu za ajabu\(sss\), hutoa uangalifu wa\(−3\) sifa nyingine zinazoweza kutabirika, kama vile spin, malipo, molekuli takriban, na maisha. Ikiwa picha ya quark imekamilika,\(Ω^−\) inapaswa kuwepo. Ni mara ya kwanza aliona katika 1964 katika Brookhaven National Laboratory na alikuwa na tabia alitabiri kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\). ugunduzi wa\(Ω^−\) mara kushawishi ushahidi wa moja kwa moja kwa kuwepo kwa tatu ladha ya awali quark na kuongezeka juhudi za kinadharia na majaribio ya zaidi kuchunguza chembe fizikia katika suala la quarks.

Jedwali\(\PageIndex{2}\): Muundo wa Quark wa Hadrons zilizochaguliwa

Chembe	Quark Muundo	Chembe	Quark Muundo
Wamesons		Baryons
\(π^+\)	\(u\bar{d}\)	\(p\)	\(uud\)
\(π^−\)	\(\bar{u}d\)	\(n\)	\(udd\)
\(π^0\), mchanganyiko	\(u\bar{u}\) \(d\bar{d}\)	\(Δ^0\)	\(udd\)
\(η^0\), mchanganyiko	\(u\bar{u}\) \(d\bar{d}\)	\(Δ^+\)	\(uud\)
\(K^0\)	\(d\bar{s}\)	\(Δ^−\)	\(ddd\)
\(\bar{K}^0\)	\(\bar{d}s\)	\(Δ^{++}\)	\(uuu\)
\(K^+\)	\(u\bar{s}\)	\(Λ^0\)	\(uds\)
\(K^−\)	\(\bar{u}s\)	\(Σ^0\)	\(uds\)
\(J/ψ\)	\(c\bar{c}\)	\(Σ^+\)	\(uus\)
\(ϒ\)	\(b\bar{b}\)	\(Σ^−\)	\(dds\)
		\(Ξ^0\)	\(uss\)
		\(Ξ^−\)	\(dss\)
		\(Ω^−\)	\(sss\)

CHATI NA PUZZLES: ATOMI, NUCLEI, NA QUARKS

Sampuli katika mali za atomi ziliruhusu meza ya mara kwa mara kuendelezwa. Kutoka kwao, mambo ya awali haijulikani yalitabiriwa na kuzingatiwa. Vile vile, mifumo ilionekana katika mali ya nuclei, na kusababisha chati ya nuclides na utabiri mafanikio ya nuclides awali haijulikani. Sasa kwa fizikia ya chembe, mifumo inamaanisha substructure ya quark ambayo, ikiwa imechukuliwa halisi, inatabiri chembe zisizojulikana hapo awali Hizi sasa zimeonekana katika ushindi mwingine wa umoja wa msingi.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): picha inahusiana na ugunduzi wa\(Ω^−\). Ni majibu ya sekondari ambayo kasi zinazozalishwa\(K^−\) hugongana na protoni kupitia nguvu kali na huhifadhi uganga kuzalisha na sifa zilizotabiriwa\(Ω^−\) na mfano wa quark. Kama ilivyo kwa utabiri mwingine wa chembe ambazo hazijazingatiwa hapo awali, hii ilitoa nguvu kubwa kwa nadharia ya quark. (mikopo: Brookhaven National Laboratory)

Mfano\(\PageIndex{1}\): Quantum Numbers From Quark Composition

Thibitisha namba za quantum zilizotolewa kwa\(Ξ^0\) chembe kwa kuongeza namba za quantum kwa utungaji wake wa quark kama ilivyopewa katika Jedwali\(\PageIndex{2}\).

Mkakati

Utungaji wa\(Ξ^0\) hutolewa kama\(uss\) katika Jedwali\(\PageIndex{2}\). Nambari za quantum kwa quarks zilizojitokeza zinatolewa katika Jedwali\(\PageIndex{1}\). Hatuwezi kufikiria spin, kwa sababu hiyo si kutolewa kwa ajili ya\(Ξ^0\). Lakini tunaweza kuangalia juu ya malipo na idadi nyingine quantum kutolewa kwa quarks.

Suluhisho

malipo ya jumla ya\(uss\) ni\(+(\frac{2}{3})q_e−(\frac{1}{3})q_e−(\frac{1}{3})q_e=0\), ambayo ni sahihi kwa\(Ξ^0\). Baryon idadi ni\(+(\frac{1}{3})+(\frac{1}{3})+(\frac{1}{3})=1\), pia sahihi tangu\(Ξ^0\) ni jambo baryon na ina\(B=1\), kama waliotajwa katika [kiungo]. Ugeni wake ni\(S=0−1−1=−2\), pia kama inavyotarajiwa kutoka [kiungo]]. Charm yake, chini, na juu ni 0, kama ilivyo namba zake za familia ya lepton (sio lepton).

Majadiliano

Utaratibu huu ni sawa na kile wavumbuzi wa hypothesis ya quark walifanya wakati wa kuangalia ili kuona kama suluhisho lao kwa puzzle ya chembe chembe ilikuwa sahihi. Wao pia checked ili kuona kama mchanganyiko wote walikuwa inajulikana, na hivyo kutabiri awali\(Ω^−\) unobserved kama kukamilika kwa muundo.

Sasa, Tuzungumze Kuhusu Ushahidi wa moja kwa moja

Mara ya kwanza, wanafizikia walitarajia kwamba, kwa nishati ya kutosha, tunapaswa kuwa na uwezo wa kufungua quarks na kuziangalia moja kwa moja. Hii haijaonekana iwezekanavyo. Bado hakuna uchunguzi wa moja kwa moja wa malipo ya sehemu au quark yoyote pekee. Wakati nguvu kubwa zinawekwa katika migongano, chembe nyingine huundwa—lakini hakuna quarks zinazojitokeza. Kuna ushahidi wa karibu wa moja kwa moja kwa quarks ambayo ni kulazimisha kabisa. Kufikia 1967, majaribio katika SLAC kutawanya elektroni 20-GeV kutoka protoni yalikuwa yametoa matokeo kama Rutherford alikuwa amepata kwa kiini karibu miaka 60 mapema. SLAC kuwatawanya majaribio ilionyesha unambiguously kwamba kulikuwa na tatu pointlike (maana walikuwa na ukubwa ndogo mno kuliko wavelength uchunguzi wa) mashtaka ndani ya proton kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Ushahidi huu ulifanya wote lakini wasiwasi zaidi kukubali kwamba kulikuwa na uhalali kwa substructure ya quark ya hadrons.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kueneza kwa elektroni high-nishati kutoka protoni katika vituo kama SLAC hutoa ushahidi wa mashtaka matatu uhakika kama sambamba na mali mapendekezo quark. Jaribio hili linafanana na ugunduzi wa Rutherford wa ukubwa mdogo wa kiini kwa kueneza chembe α. Elektroni za juu-nishati hutumiwa ili wavelength ya uchunguzi ni ndogo ya kutosha kuona maelezo madogo kuliko protoni.

Majaribio ya hivi karibuni na ya juu-nishati yamezalisha jets ya chembe katika migongano, yenye kupendeza ya quarks tatu katika nucleon. Kwa kuwa quarks ni tightly sana amefungwa, nishati kuweka katika kutenganisha yao huvuta yao tu mbali mbali kabla ya kuanza kuwa waongofu katika chembe nyingine. Nishati zaidi hutoa chembe zaidi, si kujitenga kwa quarks. Uhifadhi wa kasi inahitaji kwamba chembe zitatoke katika jets kando ya njia tatu ambazo quarks zilikuwa vunjwa. Kumbuka kuwa kuna jets tatu tu, na kwamba sifa nyingine za chembe ni sawa na substructure tatu quark.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Simulation ya mgongano protoni-proton katika 14-TEV kituo cha ya-wingi nishati katika detector ALICE katika CERN LHC. Mstari hufuata trajectories ya chembe na dots za cyan zinawakilisha amana za nishati katika vipengele vya detector nyeti. (mikopo: Matevž Tadel)

Quarks na ups yao na Downs

Mfano wa quark kweli ulipoteza baadhi ya umaarufu wake wa mapema kwa sababu mfano wa awali na quarks tatu ulipaswa kubadilishwa. Quarks ya juu na chini ilionekana kutunga jambo la kawaida kama inavyoonekana katika Jedwali\(\PageIndex{1}\), wakati quark moja ya ajabu ilielezea uganga. Kwa nini haikuwa na mwenzake? Ladha ya quark ya nne inayoitwa charm (c) ilipendekezwa kama mwenzake wa quark ya ajabu kufanya mambo symmetric-kutakuwa na quarks mbili za kawaida (u na d) na quarks mbili za kigeni (s na c). Zaidi ya hayo, wakati huo leptons nne tu zilijulikana, mbili za kawaida na mbili za kigeni. Ilikuwa ya kuvutia kwamba kutakuwa na quarks nne na leptoni nne. Tatizo lilikuwa kwamba hakuna chembe zinazojulikana zilikuwa na quark iliyopangwa. Ghafla, mnamo Novemba ya 1974, vikundi viwili (moja iliyoongozwa na C. C. Ting katika Brookhaven National Laboratory na nyingine na Burton Richter katika SLAC) kwa kujitegemea na karibu wakati huo huo waligundua meson mpya yenye sifa zilizoweka wazi kuwa substructure yake ni\(c\bar{c}\). Iliitwa\(J\) na kundi moja na psi (\(ψ\)) na lingine na sasa linajulikana kama\(J/ψ\) mesoni. Tangu wakati huo, chembe nyingi zimegunduliwa zenye quark iliyopangwa, thabiti kwa kila njia na mfano wa quark. Ugunduzi wa\(J/ψ\) mesoni ulikuwa na athari ya kufufua juu ya nadharia ya quark kwamba sasa inaitwa Mapinduzi ya Novemba. Ting na Richter walishiriki Tuzo ya Nobel ya 1976.

Historia haraka mara kwa mara yenyewe. Mwaka 1975, tau (\(τ\)) iligunduliwa, na familia ya tatu ya leptoni ilijitokeza kama inavyoonekana katika ). Wanadharia walipendekeza haraka ladha mbili za quark zinazoitwa juu (\(t\)\(b\)) au ukweli na chini () au uzuri ili kuweka idadi ya quarks sawa na idadi ya leptoni. Na katika 1976, upsilon (\(Υ\)) meson iligunduliwa na kuonyeshwa kuwa linajumuisha chini na quark antibottom au\(b\bar{b}\), sawa kabisa na\(J/ψ\) kuwa\(c\bar{c}\) kama inavyoonekana katika Jedwali\(\PageIndex{2}\). Kuwa ladha moja, mesons hizi wakati mwingine huitwa charm wazi na chini ya wazi na kufunua sifa za quarks zao wazi zaidi. Mesons nyingine zenye quarks za chini zimeonekana tangu hapo. Mwaka 1995, makundi mawili huko Fermilab yalithibitisha kuwepo kwa quark ya juu, kukamilisha picha ya quarks sita zilizoorodheshwa katika Jedwali\(\PageIndex{1}\). Kila ugunduzi wa quark mfululizo - kwanza\(c\), basi\(b\), na hatimaye\(t\) - umehitaji nishati ya juu kwa sababu kila mmoja ana molekuli ya juu. Misa ya Quark katika Jedwali\(\PageIndex{1}\) ni takriban tu inayojulikana, kwa sababu hawaonyeshi moja kwa moja. Wanapaswa kufutwa kutoka kwa raia wa chembe ambazo huchanganya ili kuunda.

Rangi ni nini kinachohusiana na hilo? —Kivuli Kivuli cha Pale

Kama ilivyoelezwa na inavyoonekana kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\), quarks hubeba nambari nyingine ya quantum, ambayo tunaita rangi. Bila shaka, sio rangi tunayoona kwa mwanga unaoonekana, lakini mali zake ni sawa na zile za rangi tatu za msingi na tatu za sekondari. Hasa, quark inaweza kuwa na moja ya maadili ya rangi tatu tunayoita nyekundu (\(R\)), kijani (\(G\)), na bluu (\(B\)) kwa kufanana na rangi hizo za msingi zinazoonekana. Antiquarks zina maadili matatu tunayoita antired au cyan (\(\bar{R}\)), antigreen au magenta (\(\bar{G}\)), na antiblue au njano (\(\bar{B}\)) kwa kufanana na rangi hizo za sekondari zinazoonekana. Sababu ya majina haya ni kwamba wakati rangi fulani za kuona zimeunganishwa, jicho linaona nyeupe. Mfano wa rangi zinazochanganya na nyeupe hutumiwa kuelezea kwa nini baryoni hufanywa kwa quarks tatu, kwa nini mesons ni quark na antiquark, na kwa nini hatuwezi kutenganisha quark moja. Nguvu kati ya quarks ni kwamba rangi zao za pamoja zinazalisha nyeupe. Hii ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\). Baryon lazima iwe na moja ya kila rangi ya msingi au RGB, ambayo hutoa nyeupe. Meson lazima iwe na rangi ya msingi na rangi yake, pia huzalisha nyeupe.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Quarks tatu zinazounda baryon lazima iwe RGB, ambayo huongeza nyeupe. Quark na antiquark kutengeneza meson lazima iwe rangi na rangi, hapa\(R\bar{R}\) pia kuongeza nyeupe. Nguvu kati ya mifumo iliyo na rangi ni kubwa sana kwamba haiwezi kutengwa wala kuwepo kama rangi.

Kwa nini harrons lazima iwe nyeupe? Mpango wa rangi unafanywa kwa makusudi kuelezea kwa nini baryons wana quarks tatu na mesons wana quark na antiquark. Rangi ya Quark inadhaniwa kuwa sawa na malipo, lakini kwa maadili zaidi. Ioni, kwa kufanana, ina nguvu nyingi zaidi kuliko molekuli ya neutral. Wakati rangi ya mchanganyiko wa quarks ni nyeupe, ni kama atomi ya neutral. Vikosi vyenye chembe nyeupe ni kama vikosi vya ubaguzi katika molekuli, lakini katika hadrons mabaki haya ni nguvu ya nyuklia yenye nguvu. Wakati mchanganyiko wa quarks una rangi nyingine zaidi ya nyeupe, ina nguvu kubwa sana-hata kubwa kuliko nguvu nguvu-na labda haiwezi kuwa imara au kudumu kutengwa. Hii ni sehemu ya nadharia ya kifungo cha quark, ambayo inaeleza jinsi quarks zinaweza kuwepo na bado kamwe kutengwa au kuzingatiwa moja kwa moja. Hatimaye, idadi ya ziada ya quantum yenye maadili matatu (kama yale tunayowapa rangi) ni muhimu kwa quarks kutii kanuni ya kutengwa kwa Pauli. Chembe kama vile\(Ω^−\), ambayo inaundwa na quarks tatu ajabu\(sss\),, na\(Δ^{++}\), ambayo ni tatu hadi quarks, uuu, inaweza kuwepo kwa sababu quarks wana rangi tofauti na hawana idadi sawa quantum. Rangi ni sawa na uchunguzi wote na sasa imekubaliwa sana. Nadharia ya Quark ikiwa ni pamoja na rangi inaitwa chromodynamics quantum (QCD), pia inaitwa na Gell-Mann

Familia Tatu za Chembe za Msingi

Chembe za msingi hufikiriwa kuwa moja ya aina tatu-leptoni, quarks, au chembe za carrier. Kila moja ya aina hizo tatu ni zaidi kugawanywa katika familia tatu sawa kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{6}\). Sisi kuchunguza leptons na quarks kwa undani fulani. Kila mmoja ana wanachama sita (na antiparticles zao sita) imegawanywa katika familia tatu zinazofanana. Familia ya kwanza ni jambo la kawaida, ambalo vitu vingi vinajumuisha. Ya pili ni ya kigeni, na ya tatu zaidi ya kigeni na kubwa zaidi kuliko ya pili. Chembe pekee zilizo imara ziko katika familia ya kwanza, ambayo pia ina wanachama wasio na uhakika.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Aina tatu za chembe ni leptoni, quarks, na chembe za carrier. Kila moja ya aina hizo imegawanywa katika familia tatu zinazofanana, na graviton imeachwa nje.

Daima kutafuta ulinganifu na kufanana, fizikia pia wamegawanya chembe za carrier katika familia tatu, wakiacha graviton. Mvuto ni maalum kati ya vikosi vinne kwa kuwa huathiri nafasi na wakati ambapo majeshi mengine yanapo na inathibitisha kuwa vigumu zaidi kuingiza katika Nadharia ya Kila kitu au TOE (kupiga msukumo wa nadharia hiyo). Mvuto ni hivyo mara nyingi kuweka mbali. Si uhakika kwamba kuna maana katika makundi yaliyoonyeshwa kwenye Kielelezo, lakini analogies ni kumjaribu. Katika siku za nyuma, tumeweza kufanya maendeleo makubwa kwa kutafuta analogies na ruwaza, na hii ni mfano wa moja chini ya uchunguzi wa sasa. Kuna uhusiano kati ya familia za leptons, kwa kuwa\(τ\) kuoza ndani\(μ\) na\(μ\) ndani ya e. Vilevile kwa quarks, familia za juu hatimaye kuoza ndani ya chini kabisa, na kuacha tu u na d quarks. Sisi kwa muda mrefu walitaka uhusiano kati ya majeshi katika asili. Kwa kuwa hizi zinafanywa na chembe, tutachunguza uhusiano kati ya gluons,\(W^±\) na\(Z^0\), na photoni kama sehemu ya utafutaji wa umoja wa majeshi yaliyojadiliwa katika GUTs: Umoja wa Vikosi.

Muhtasari

• Hadroni hufikiriwa kuwa linajumuisha quarks, huku baryoni zilizo na quarks tatu na mesons zilizo na quark na antiquark.
• Tabia za quarks sita na wenzao wa antiquark hutolewa katika Jedwali\(\PageIndex{1}\), na nyimbo za quark za hadrons fulani hutolewa katika Jedwali\(\PageIndex{2}\).
• Ushahidi wa moja kwa moja kwa quarks ni wenye nguvu sana, akielezea hadrons zote zinazojulikana na namba zao za quantum, kama vile uganga, charm, juu, na chini.
• Quarks kuja katika ladha sita na rangi tatu na kutokea tu katika mchanganyiko kwamba kuzalisha nyeupe.
• Chembe za msingi hazina substructure zaidi, hata ukubwa zaidi ya wavelength yao de Broglie.
• Kuna aina tatu za chembe za msingi-leptoni, quarks, na chembe za carrier. Kila aina imegawanywa katika familia tatu zinazofanana kama ilivyoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{6}\).

maelezo ya chini

1 Chini ya\(±\) alama ni maadili ya antiquarks.

2\(B\) ni baryon idadi,\(S\) ni uganga,\(c\) ni charm,\(b\) ni chini,\(t\) ni topness.

3 Maadili ni takriban, si moja kwa moja inayoonekana, na kutofautiana na mfano.

4 Mesons hizi mbili ni mchanganyiko tofauti, lakini kila mmoja ni antiparticle yake mwenyewe, kama ilivyoonyeshwa na muundo wake wa quark.

5 Mesons hizi mbili ni mchanganyiko tofauti, lakini kila mmoja ni antiparticle yake mwenyewe, kama ilivyoonyeshwa na muundo wake wa quark.

6 Mesons hizi mbili ni mchanganyiko tofauti, lakini kila mmoja ni antiparticle yake mwenyewe, kama ilivyoonyeshwa na muundo wake wa quark.

7 Antibaryons wana antiquarks ya wenzao. Antiproton\(\bar{p}\) ni\(\bar{u}\bar{u}d\), kwa mfano.

8 Baryons linajumuisha quarks sawa ni majimbo tofauti ya chembe moja. Kwa mfano,\(Δ^+\) ni hali ya msisimko wa proton.

faharasa

chini

ladha ya quark

charm

ladha ya quark, ambayo ni mwenzake wa quark ya ajabu

rangi

ladha ya quark

chini

pili nyepesi zaidi ya quarks zote

ladha

aina ya quark

chembe ya msingi

chembe isiyo na substructure

chromodynamics

quark nadharia ikiwa ni pamoja na rangi

quark

chembe ya msingi na sehemu ya msingi ya suala

ya ajabu

nyepesi ya tatu ya quarks zote

nadharia ya kifungo cha quark

anaelezea jinsi quarks inaweza kuwepo na bado kamwe kuwa pekee au moja kwa moja aliona

juu

ladha ya quark

juu

nyepesi zaidi ya quarks zote