Pięćdziesiąt lat kwarków

w 1964 roku dwóch fizyków niezależnie zaproponowało istnienie cząstek subatomowych zwanych kwarkami.

fizycy Murray Gell-Mann i George Zweig pracowali niezależnie nad teorią silnej symetrii oddziaływań w fizyce cząstek elementarnych. W tym kontekście zaproponowano, że istotne właściwości silnie oddziałujących ze sobą cząstek – Hadronów – można wyjaśnić, jeśli składają się one z cząstek składowych.

w 1961 roku Gell-Mann wprowadził schemat symetrii zwany Ośmioraką drogą, który opierał się na matematycznej symetrii znanej jako SU(3). Schemat (za który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1969 r.) sklasyfikował hadrony na dwie główne grupy, raczej jak układ okresowy klasyfikuje pierwiastki chemiczne.

Gell-Mann zbudował na tej pracy nowy model, który mógłby z powodzeniem opisać – między innymi – właściwości magnetyczne protonów i neutronów. Model Gell-Manna wymagał jednak istnienia trzech nowych cząstek elementarnych, które nazwał ” kwarkami.”

Gell-Mann mówi, że najpierw wymyślił dźwięk” quork”, a później wpadł na frazę” Three quarks for Muster Mark „w Finnegans Wake Jamesa Joyce’ a. Jak Joyce przypuszczalnie zamierzał słowo rymować z „Mark”, ludzie zostali podzieleni na wymowę od tego czasu.

fizyk George Zweig wniósł swój wkład do tej dziedziny, gdy był gościem w CERN w pracy z 17 stycznia 1964, w której zaproponował: „zarówno mezony, jak i bariony są zbudowane z zestawu trzech podstawowych cząstek zwanych asami.”Chociaż nazwa Zweiga dla cząstek nie przyklejała się, pokazał, że niektóre właściwości Hadronów można wyjaśnić traktując je jako trojaczki innych cząstek składowych.

zarówno kwarki Gell-Manna, jak i asy Zweiga musiały mieć ładunki elektryczne równe 1/3 lub 2/3 ładunku elektronu lub protonu, co sugeruje, że eksperymentalne poszukiwanie tych składników ujawniłoby, czy istnieją, czy nie.

w 1968 roku seria eksperymentów z rozpraszaniem elektronów i protonów przez współpracę MIT-SLAC w Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) w USA ujawniła pierwsze oznaki, że nukleony mają wewnętrzną strukturę. Zespół wystrzelił elektrony w protony i zaobserwował, jak elektrony się odbijają. Wzorce rozpraszania zostały zidentyfikowane jako spowodowane przez punktowe cząstki wewnątrz protonów. W kolejnych latach, łącząc te wyniki z innymi z rozpraszania neutrin w komorze bąbelkowej Gargamelle w CERN, stało się jasne, że te składniki naprawdę mają ładunki 1/3 i 2/3.

kwarki są obecnie kluczową częścią Modelu Standardowego. W licznych eksperymentach w CERN, w tym w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), fizycy z coraz większą precyzją mierzą właściwości cząstek Gell-Manna i Zweiga.

więcej o kwarkach

• Obejrzyj opis techniczny George ’ a Zweiga historia kwarków (nagrana w CERN we wrześniu 2013)