Spieghiamo cosa sono i quark, come sono stati scoperti e cos'è il modello a quark. Inoltre, altre particelle subatomiche.
I quark sono particelle più piccole dei neutroni e dei protoni.Cosa sono i quark?
I quark o quark sono un tipo di particella subatomica elementare, che rientra nella categoria di fermioni, e le cui interazioni forti costituiscono il questione dei nuclei atomici. Il suo nome deriva dal romanzo Il risveglio di Finnegan dell'autore irlandese James Joyce.
I quark sono le particelle di cui protoni sì neutroni sono fatti, così come altri tipi di minuscole particelle chiamate adroni.
Questi termini possono creare confusione, ma non è necessario comprenderli a tali livelli tecnici per sapere cos'è un quark: le particelle più piccole nel quark. questione, che interagiscono liberamente con le quattro forze fisiche elementari: Forza gravitazionale, forza elettromagnetica, forza nucleare forte e forza nucleare debole.
Insieme ai leptoni, i quark sono gli elementi costitutivi della materia. Proprio come c'è materia e antimateria, ci sono anche quark e antiquark.
Inoltre, ci sono sei tipi o "sapori" di quark. Quindi, tutti i mesoni e i barioni della materia, cioè più di 200 diverse particelle subatomiche, possono essere costruiti combinando tre diversi quark (o antiquark) (barioni), o un quark-antiquark (mesoni), uniti da interazioni forti. .
Scoperta dei quark
Per molti decenni si è ipotizzato che protoni, neutroni e elettroni erano le particelle fondamentali della materia, cioè niente poteva esistere più piccolo di loro.
Tuttavia, lo studio dei cosiddetti nucleoni (neutroni e protoni, abitanti del nucleo del atomo) mostravano che la loro dimensione era molto maggiore di quella degli elettroni e che si poteva presumere che sarebbero stati a loro volta costituiti da qualcosa di più piccolo e più semplice. I quark vennero per rispondere a questa domanda.
Contemporaneamente, furono proposti nel 1964 da Murray Gell-Mann e George Zweig, sebbene in modo completamente indipendente. Questi scienziati hanno osservato la necessità dell'esistenza dei quark per la natura della forte interazione tra le particelle nel nucleo atomico.
Inoltre, molte delle sue proprietà erano inspiegabili a meno che non ci fosse strutture protoni e neutroni interni all'interno. Quindi, l'esistenza di tre particelle più piccole, chiamatequork (successivamentequark, sebbene Zweig inizialmente propose il nomeassi o "assi"), che avrebbe acarica elettrica 1/3 e 2/3 di carico.
Questa ipotesi è stata testata sperimentalmente in SLAC (Centro di accelerazione lineare di Stanford o "Stanford Center for Linear Accelerator" negli anni successivi. Ma l'esperimento ha evidenziato che non c'erano tre ma sei particelle che potevano formare protoni e neutroni. Per questa scoperta, Taylor, Kendall e Friedman hanno vinto il Premio Nobel per la Fisica nel 1990.
Modello di Quark
Ogni tipo di quark ha caratteristiche specifiche.All'interno del modello standard della materia che trattiamo oggi, i quark occupano il posto più semplice nella materia.
A seconda del tipo di quark che combiniamo, possiamo ottenere diversi tipi di particelle, secondo la regola di classificazione degli adroni (il cosiddetto “modello dei quark”), che stabilisce sei diversi tipi di quark (o sapori, "Sapori"), ciascuno dotato di un "numero quantico" che ne definisce la carica elettrica:
- Sopra (su). Dotato di un isospin +1/2 come numero quantico.
- Qui di seguito (giù). Dotato di un isospin -1/2 come numero quantico.
- Fascino (fascino). Dotato di un fascino +1 come numero quantico.
- Strano (strano). Dotato di una stranezza -1 come numero quantico.
- Fermare (superiore) o verità (verità). Dotato di una superiorità (topness) +1.
- Metter il fondo a (metter il fondo a) o bellezza (bellezza). Dotato di inferiorità (bassezza) -1.
Tutto questo può sembrare molto strano e sembrare uscito da un videogioco, ma ha senso all'interno del modello a quark, se pensiamo che queste minuscole particelle si uniscono in triplette o triadi per formare diversi tipi di particelle subatomiche più grandi.
Quando la somma delle loro cariche dà numeri interi, formano adroni.
A questo va aggiunto, però, che i quark possono avere tre tipi di carica in più, che è la “colore”. Non si tratta proprio del colore, però, ma quello è il nome che gli scienziati hanno dato a questa proprietà che è un tipo di affinità, responsabile della forte attrazione nucleare (attraverso l'ennesima particella chiamata “gluoni”).
Questi colori possono essere blu, verdi o rossi, ed è ciò che distingue, ad esempio, neutroni e protoni dagli elettroni (particelle di tipo leptone), poiché questi ultimi non sono fatti di quark e non sentono l'interazione nucleare forte ma quella debole .
Secondo questo modello, le particelle fondamentali della materia sono quark e leptoni.
Altre particelle subatomiche
Altri tipi di particelle subatomiche sono:
- Fermioni. Insieme ai bosoni, sono le particelle fondamentali della materia, caratterizzate dall'avere uno spin o momento angolare semi-intero (1/2, 3/2, ecc.). Esistono solo due tipi di fermioni: quark e leptoni.
- leptoni Sono un tipo di fermione, dotato di ½ spin (o + o -) e che non subisce, a differenza dei quark, la forte interazione nucleare della materia. Esistono sei tipi di leptoni: elettroni, muoni, taus, neutrini elettronici, neutrini muonici e neutrini tau. I primi tre hanno carica elettrica +1 o -1 e gli altri hanno carica 0.
- bosoni. Insieme ai fermioni, sono le particelle fondamentali della materia, caratterizzate dall'avere spin intero (0, 1, 2, ecc.) e non rispettano il principio di esclusione di Pauli. Esempi di bosoni sono fotoni, gluoni o gravitoni, cioè particelle che coinvolgono forze note.
- mesoni. Sono bosoni, cioè adroni di spin intero 0 o 1, che rispondono all'interazione nucleare forte, quindi sono fatti di quark, secondo lo stato quark-antiquark.
- barioni Sono composti da tre quark ei loro esempi più rappresentativi sono il neutrone e il protone, sebbene ne esistano anche altri tipi, estremamente instabili.