Vì vậy, có những thứ gọi là quark. (Tôi biết, tôi ước họ có một cái tên hay hơn, nhưng tôi không chịu trách nhiệm đặt tên cho vật chất trong vật lý.) Quark là những hạt nhỏ bé xíu (chúng ta sẽ hiểu chính xác là nhỏ như thế nào) là những khối xây dựng cơ bản của vấn đề. Theo như chúng tôi có thể nói, bản thân quark không được làm từ bất cứ thứ gì nhỏ hơn. Điều đó có thể thay đổi trong tương lai khi chúng ta tìm hiểu thêm, nhưng bây giờ nó đủ tốt.
Có sáu loại quark, mỗi loại có tên khác nhau nhưng không kém phần kỳ quặc: lên, xuống, trên, dưới, lạ và quyến rũ. Và mặc dù tên của nó, lạ lùng nhất của sextuplets thực sự là quark hàng đầu.
Hãy đào sâu.
Thế giới lộn ngược
Cho đến nay, các quark phổ biến nhất bạn sẽ gặp là những cái lên và xuống. Chúng là những khối kết hợp với nhau thành ba phần để tạo thành các proton (hai lần tăng và giảm) và neutron (hai lần xuống và lên). Để hình thành điện tích dương quen thuộc của proton và điện tích trung tính trên neutron, các quark cần điện tích phân số. Tôi biết, điều đó nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng đó chỉ là do chúng ta nghĩ rằng điện tích của proton và electron là cơ bản. Hóa ra, chúng tôi đã sai. Quark lên có điện tích cộng hai phần ba, trong khi quark xuống đang ngồi ở mức âm một phần ba.
Điều thậm chí còn khó hiểu hơn về các quark là chúng nhẹ đến đáng ngạc nhiên. Quark tăng chỉ chiếm 0,2% khối lượng của proton, trong khi đối tác của nó thì quark xuống chỉ khoảng 0,5% khối lượng proton. Vậy làm thế nào những hạt sởi này có thể tăng thêm khối lượng của một proton nặng?
Câu trả lời là lực liên kết các hạt quark lại với nhau: lực hạt nhân mạnh. Sự ràng buộc này giữa các quark rất mạnh mẽ - đánh bại một cách mạnh mẽ lực đẩy điện tự nhiên của các quark tích điện tương tự. Và vì năng lượng giống như khối lượng (cảm ơn, Einstein!), Khối lượng của proton thực sự là do keo, chứ không phải do các hạt quark.
Sống trên đỉnh
Không phải tất cả các quark là lớn. Nhưng trong thế giới của vật lý hạt, lớn là tin xấu. Trở nên đồ sộ giống như đang ở trên đỉnh của một ngọn núi cao, gầy. Chắc chắn, các quan điểm là tuyệt vời, nhưng bất kỳ gợi ý của một làn gió sẽ gửi bạn xuống một vị trí ổn định hơn. Và ổn định có nghĩa là nhỏ - nếu bạn là một hạt khổng lồ chịu đựng sự bất ổn, bạn nhanh chóng thấy mình biến thành một cơn mưa của những người anh em họ nhỏ hơn.
Điều đó có nghĩa là cuộc sống chỉ là đào hoa cho các quark lên và xuống. Chúng nhỏ nhất; Vì vậy, trong khi họ không có tầm nhìn tuyệt vời, họ sẽ không gặp nguy hiểm khi rơi xuống một vách đá hiện sinh. Các quark lớn nhất tiếp theo, kỳ lạ và quyến rũ, hiếm khi được tìm thấy trong bất kỳ sự phong phú lớn trong tự nhiên. Chúng to lớn đến mức chúng khó tạo ra ngay từ đầu, và ngay khi chúng được sản xuất bởi một quy trình kỳ lạ, chúng nhanh chóng phân rã thành một thứ khác, không để lại gì ngoài ký ức.
Trong một thời gian dài, các nhà vật lý nghĩ rằng chỉ có bốn quark này - lên, xuống, lạ và quyến rũ. Nhưng vào đầu những năm 1970, họ bắt đầu nghi ngờ bằng cách kiểm tra một số phân rã hiếm gặp liên quan đến kaon (và một lần nữa, tôi không chịu trách nhiệm đặt tên cho mọi thứ. Kaon là một bộ đôi của một quark lạ và một quark lên hoặc xuống) . Để giải thích sự phân rã kỳ lạ đã tạo ra các kaon này, các nhà lý thuyết đã phải đoán về sự tồn tại của một cặp quark mới, mà chúng được gọi là đỉnh và đáy. Những quark mới này nặng hơn rất nhiều so với bốn loại còn lại (nếu không chúng ta sẽ thấy chúng bây giờ).
Sau khi quark số 5 (phía dưới) gia nhập câu lạc bộ các hạt đã biết và được đo vào năm 1977, cuộc đua đã bắt đầu tìm ra thứ sáu và cuối cùng (trên cùng). Nhưng vấn đề là không ai có ý tưởng lớn như thế nào, có nghĩa là chúng ta không biết chúng ta phải chế tạo máy gia tốc hạt như thế nào trước khi chúng ta có thể bật ra. Hàng năm, các nhóm trên khắp thế giới đã nâng cấp thiết bị của họ, và mỗi năm họ lại xuất hiện ngắn ngủi, đẩy khối lượng của hạt giả thuyết sau đó tăng lên.
Mãi đến tháng 2 năm 1995, các nhà nghiên cứu tại Fermilab cuối cùng cũng có thể đưa ra yêu sách về việc phát hiện ra một quark đỉnh với khối lượng lớn hơn vảy nặng hơn gần 200 lần so với proton. Điều đó đúng: Trong khi các quark lên và xuống hầu như không thực hiện bất kỳ công việc nào để tạo ra một proton thành một proton, thì quark trên cùng có thể dễ dàng phá hủy toàn bộ các nguyên tử một cách dễ dàng.
Nhập Higgs
Quark hàng đầu nặng hơn khoảng 100 nghìn tỷ lần so với quark lên. Điều đó thật tuyệt. Nhưng tại sao? Tại sao các quark có một phạm vi rộng lớn như vậy trong quần chúng?
Đây là nơi mà boson Higgs xuất hiện. Các boson Higgs được liên kết với một trường (trường Higgs, giống như trường điện từ) thấm vào mọi thời gian, giống như một chất keo vô hình lấp đầy vũ trụ. Các hạt cơ bản khác, như electron và neutrino và quark, phải bơi qua trường này để đi từ nơi này sang nơi khác. Thực tế là các hạt cơ bản không thể bỏ qua trường Higgs là (thông qua toán học khác nhau và lặt vặt) là lý do chúng có khối lượng.
À, một manh mối, sau đó. Nếu hạt Higgs bằng cách nào đó được kết nối với chính khái niệm khối lượng và hạt quark trên cùng là xa nhất và nặng nhất của hạt quark, thì hạt Higgs và hạt quark trên cùng phải là tốt của bạn bè.
Và vì vậy, trong nhiều năm, quark đỉnh đã trở thành một cửa ngõ cho sự hiểu biết của chúng ta về hạt Higgs và hy vọng rằng với nghiên cứu sâu hơn về chính hạt Higgs, chúng ta có thể có được một số quan điểm về khối lượng lớn bí ẩn của quark đỉnh.
Paul M. Sutter là một nhà vật lý thiên văn tại Đại học bang Ohio, máy chủ của Hỏi một người không gian và Đài phát thanh không gianvà tác giả của Vị trí của bạn trong vũ trụ.
