لذلك هناك هذه الأشياء تسمى الكواركات. (أعلم ، أتمنى لو كان لديهم اسم أفضل ، لكنني لست مسؤولاً عن تسمية الأشياء في الفيزياء.) الكواركات عبارة عن جزيئات صغيرة صغيرة جدًا (سنصل إلى مدى صغرها قليلاً) وهي لبنات البناء الأساسية المادة. بقدر ما يمكننا أن نقول ، فإن الكواركات نفسها ليست مصنوعة من أي شيء أصغر. قد يتغير هذا في المستقبل عندما نتعلم المزيد ، ولكنه جيد بما يكفي في الوقت الحالي.
هناك ستة أنواع من الكواركات ، لكل منها أسماء مختلفة ولكن متساوية: أعلى ، أسفل ، أعلى ، أسفل ، غريب وسحر. وعلى الرغم من اسمها ، فإن أغرب sextuplets هو في الواقع الكوارك العلوي.
دعونا نتعمق.
عالم مقلوب
إلى حد بعيد ، فإن الكواركات الأكثر شيوعًا التي ستواجهها هي الأعلى والأسفل. إنها تلك التي تتحد معًا في ثلاثة توائم لتشكيل البروتونات (صعودا وهبوطا) والنيوترونات (هبوطان وأعلى). لتكوين الشحنة الموجبة المألوفة للبروتون والشحنة المحايدة على النيوترون ، تحتاج الكواركات إلى شحنات كسرية. أعلم أن هذا يبدو غريبًا ، ولكن هذا فقط لأننا فكر أن شحنة البروتونات والإلكترونات كانت أساسية. تبين أننا كنا مخطئين. للكوارك العلوي شحنة تزيد عن الثلثين ، في حين يجلس الكوارك السفلي عند ثلث ناقص.
ما هو أكثر إرباكًا حول الكواركات هو أنها خفيفة بشكل مدهش. إن الكوارك العلوي هو مجرد 0.2 في المائة من كتلة البروتون ، في حين أن شريكه في الكوارك السفلي هو حوالي 0.5 في المائة فقط من كتلة البروتون. فكيف يمكن أن تضيف هذه الجسيمات المتراكمة إلى كتلة البروتون الضخم؟
الجواب هو القوة التي تربط الكواركات ببعضها البعض: القوة النووية القوية. هذا الارتباط بين الكواركات قوي بشكل صارخ - يهزم بسهولة التنافر الكهربائي الطبيعي للكواركات المشحونة بشكل مشابه. وبما أن الطاقة هي نفس الكتلة (بفضل أينشتاين!) ، فإن كتلة البروتون ناتجة حقًا عن الغراء ، وليس الكواركات نفسها.
العيش في القمة
ليست كل الكواركات بهذا الحجم. ولكن في عالم فيزياء الجسيمات ، فإن الأخبار الكبيرة هي أخبار سيئة. أن تكون ضخمًا مثل أن تكون في قمة جبل طويل نحيف. من المؤكد أن المناظر رائعة ، ولكن أي تلميح من النسيم سوف يرسلك إلى وضع أكثر استقرارًا. ومستقر يعني صغيرًا - إذا كنت جسيمًا هائلًا تعاني من عدم الاستقرار ، فستجد نفسك تتحول بسرعة إلى دش لأبناء عمومتك الأصغر.
وهذا يعني أن الحياة مجرد خوخي للكواركات صعودا وهبوطا. إنهم الأصغر ؛ لذلك بينما ليس لديهم وجهات نظر رائعة ، فإنهم ليسوا في خطر الوقوع من جرف وجودي. نادرًا ما توجد الكواركات التالية الغريبة والساحرة في أي وفرة كبيرة في الطبيعة. إنها ضخمة للغاية بحيث يصعب صنعها في المقام الأول ، وبمجرد أن يتم تصنيعها بواسطة بعض العمليات الغريبة ، فإنها تتحلل بسرعة إلى شيء آخر ، ولا تترك وراءها سوى ذاكرة.
لفترة طويلة ، اعتقد الفيزيائيون أنه لم يكن هناك سوى هذه الكواركات الأربعة - لأعلى ولأسفل وغريب وسحر. ولكن في أوائل السبعينيات ، بدأوا يشكون في خلاف ذلك من خلال فحص بعض التحلل النادر الذي ينطوي على kaons (ومرة أخرى ، لست مسؤولًا عن تسمية الأشياء. kaon هو ثنائي ل الكواركات الغريبة وإما quark أعلى أو أسفل) . من أجل تفسير الاضمحلال الغريب الذي أنتج هذه kaons ، كان على المنظرين أن يخمنوا وجود زوج جديد من الكواركات ، أطلقوا عليه اسم القمة والأسفل. كانت هذه الكواركات الجديدة أثقل بكثير من الأربعة الأخرى (وإلا كنا سنراها الآن).
بمجرد انضمام الكوارك رقم 5 (الجزء السفلي) إلى نادي الجسيمات المعروفة والقياسية في عام 1977 ، كان السباق مستمرًا للعثور على الجزء السادس والأخير (الأعلى). لكن المشكلة هي أنه لم يكن لدى أي شخص أي فكرة عن حجمه ، مما يعني أننا لم نكن نعرف كيف أصبح علينا أن نكون أكثر تسريعًا للجسيمات قبل أن نتمكن من إخراجها. في كل عام ، قامت المجموعات في جميع أنحاء العالم بتحديث معداتها ، وكل عام كانت تقصر ، دافعة كتلة الجسيم الافتراضي آنذاك إلى الأعلى.
لم يكن حتى فبراير 1995 حتى تمكن الباحثون في Fermilab أخيرًا من المطالبة باكتشاف كوارك علوي مع كتلة تميل المقاييس عند 200 مرة أثقل من البروتون. هذا صحيح: في حين أن الكواركات العلوية والسفلية بالكاد تقوم بأي عمل لجعل البروتون بروتونًا ، يمكن للكوارك العلوي بسهولة أن ينتقد ذرات بأكملها بسهولة.
أدخل هيجز
الكوارك العلوي أثقل بحوالي 100 تريليون مرة من الكوارك العلوي. هذا لطيف. لكن لماذا؟ لماذا تتمتع الكواركات بمثل هذا النطاق الهائل في الجماهير؟
هذا هو المكان الذي يأتي فيه بوزون هيجز. يرتبط بوزون هيجز بحقل (حقل هيجز ، نوعًا ما مثل المجال الكهرومغناطيسي) يتخلل كل الزمكان ، مثل غراء غير مرئي يملأ الكون. الجسيمات الأساسية الأخرى ، مثل الإلكترونات والنيوترينوات والكواركات ، يجب أن تسبح عبر هذا المجال للانتقال من مكان إلى آخر. حقيقة أن الجسيمات الأساسية لا يمكن أن تتجاهل مجال هيجز هي (من خلال الرياضيات المتنوعة والمتنوعة) هي السبب وراء كتلتها.
آه ، فكرة ، إذن. إذا كان هيجز مرتبطًا بطريقة أو بأخرى بمفهوم الكتلة نفسه ، والكوارك العلوي بعيدًا عن أثقل الكواركات ، يجب أن يكون بوزون هيغز والكوارك العلوي الأفضل من الاصدقاء.
وهكذا ، على مر السنين ، أصبح الكوارك العلوي بوابة واحدة لفهمنا للهيغز ، ومن المأمول أنه مع إجراء المزيد من الدراسة على هيغز نفسها ، يمكننا الحصول على بعض وجهات النظر حول الكتلة الكبيرة الغامضة للكوارك العلوي.
بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء، ومؤلف كتاب مكانك في الكون.
