Альфа часть 16

Альфа часть 16


Кварк
Фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3, и не наблюдаемая в свободном состоянии, но входящая в состав адронов. Кварки являются бесструктурными, точечными частицами; это проверено вплоть до масштаба примерно 10| см, что примерно в тысячу раз меньше размера протона.
п
Чудесный мир кварков
 
Начнём с приятного. Представьте колбасу. Что будет, если постоянно её делить? Наступит ли момент, когда она будет разделена на такие маленькие части, которые уже не поддадутся дальнейшему делению? Две тысячи лет назад примерно этим же вопросом задался Демокрит. И пришёл к тому, что всё состоит из неделимых частиц – атомов.
Затем наступили тёмные века. И лишь в прошлом веке учёные по-настоящему вернулись к идее атомизма. Но и атомы оказались делимы: выяснилось, что они состоят из протонов, нейтронов и электронов.

Мы состоим из атомов. В центре атома - ядро, образованное нейтронами и протонами. Вокруг ядра вращаются электроны.
И тут уже учёные обрадовались: осталось всего лишь понять, из чего состоят эти протоны, нейтроны и так далее, и мы поймём суть всей материи Вселенной. Но как бы не так. Исследование нуклонов – протонов и нейтронов – открыло мир кварков. Очарованный, прелестный, странный – всё это имена кварков. Кварки также имеют цвет и аромат. Сегодня поговорим о цвете, благодаря которому нуклоны не распадаются на части.
Погружаемся в микромир
Итак, начнём с уровня атомов. Атомы состоят из ядра и электронов. Электроны нам сегодня неинтересны. Сегодня поговорим о ядре. Ядро образуется частицами, которые называются нуклоны. Нуклоны бывают двух типов: протонами и нейтронами. Протоны заряжены положительно, нейтроны никак не заряжены.

Строение атома очень простое (пока не копнуть глубже)
Нуклоны в свою очередь являются барионами. А барион – это один из видов адронов. Второй вид адронов – мезоны, но о них как-нибудь в другой раз.

Это Большой адронный коллайдер (БАК). Его часть. Сам он имеет протяженность 26,6 км. На БАК сталкивают адроны и изучают продукты этого столкновения
Барионы конечно же тоже не являются неделимыми частицами. Они состоят из кварков. Из удивительного мира кварков.

Это барион (протон или нейтрон), который состоит из кварков трёх разных цветов
Остановка «цветные кварки, не имеющие цвета»
Физики-романтики 20 века дали много красивых названий кваркам. Среди кварков есть странный кварк, а также очарованный, истинный, прелестный… Ещё кваркам были даны цвета.

Вот такие странные имена у кварков
Но цвет кварка не имеет ничего общего с обычным пониманием цвета. Цвет кварка – это не оптическое явление. Просто термин «цвет» хорошо описывает суть происходящего с кварками. Цвет кварка отображает его внутреннее квантовое число. Для удобства это число назвали цветом.
Всего есть три цвета для кварков: красный, зелёный и синий. Три кварка разных цветов образуют барион – протон или нейтрон.

Разница между протоном и нейтроном: у нейтрона два нижних кварка, у протона - два верхних
Эти три разноцветных кварка в сумме дают нейтральный цвет. Как в модели RGB если сложить все три цвета получается белый, также и у кварков: их сложение даёт нейтральные барионы.
Глюоны – передатчики цвета
Почему кварки соединяются вместе и не разлетаются в стороны? Потому что гладиолусы? Нет, потому что глюоны.
Согласно квантовой теории, между двумя частицами образуется сила тогда, когда они обмениваются третьей. Глюон как раз и служит такой обменной монетой, которая очень крепко связывает кварки. Поэтому существуют протоны, нейтроны, материя, мы с вами.
Глюон летает от одного кварка к другому, меняя их цвета. Т.е. глюон меняет цвет кварка, от которого уходит, и цвет кварка, к которому приходит. Помните самое важное правило: все три кварка должны быть разных цветов, чтобы составить бесцветный барион (протон или нейтрон).
Например, если в синий кварк приходит глюон и меняет его на красный, значит, он отлетел от красного кварка, сделав его синим.

Кварки постоянно обмениваются глюонами - это проявление самой сильной силы Вселенной - сильного ядерного взаимодействия
Именно благодаря такой передаче глюонов, кварки держатся вместе и образуют нейтроны, протоны. Эта передача также называется сильным ядерным взаимодействием и это самая сильная сила из всех существующих. Это одна из четырёх фундаментальных сил Вселенной, которые мы рассматривали в прошлой статье (ссылочка внизу).
Сильное ядерное взаимодействие также не даёт разлетаться друг от друга положительно заряженным протонам в ядре. Вы знаете, что благодаря электромагнетизму, разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Значит, положительно заряженные протоны в ядрах атомов должны улетать друг от друга. Но они этого не делают из-за того, что их скрепляет сильное ядерное взаимодействие: протоны передают друг другу свои кварки, и таким образом де