CERN accelererande vetenskap

1964 föreslog två fysiker oberoende förekomsten av de subatomära partiklarna som kallas kvarkar.

fysiker Murray Gell-Mann och George Zweig arbetade självständigt på en teori för stark interaktionssymmetri i partikelfysik. Inom denna ram föreslog de att viktiga egenskaper hos de starkt interagerande partiklarna – hadroner – kunde förklaras om de bestod av beståndsdelar.

1961 hade Gell-Mann infört ett symmetrischema som han kallade åttafaldigt sätt, som baserades på matematisk symmetri känd som SU(3). Ordningen (för vilken han fick Nobelpriset i fysik 1969) klassificerade hadronerna i två huvudgrupper, snarare som det periodiska systemet klassificerar de kemiska elementen.

Gell-Mann byggde på detta arbete i en ny modell som framgångsrikt kunde beskriva – bland annat – de magnetiska egenskaperna hos protoner och neutroner. Men Gell-Manns modell krävde förekomsten av tre nya elementära partiklar, som han kallade ”kvarkar.”

Gell-Mann säger att han först kom med ljudet ”quork” och senare slog på frasen ”tre kvarkar för Muster Mark” i James Joyce ’ s Finnegans Wake. Som Joyce förmodligen tänkt ordet att rimma med ”Mark”, människor har delats på uttalet sedan dess.

fysiker George Zweig gjorde sitt bidrag till fältet medan han var besökare på CERN i ett papper daterat den 17 januari 1964, där han föreslog: ”både mesoner och baryoner är konstruerade av en uppsättning av tre grundläggande partiklar som kallas ess.”Även om Zweigs namn för partiklarna inte stod fast, visade han att vissa egenskaper hos hadroner kunde förklaras genom att behandla dem som tripletter av andra beståndsdelar.

både Gell-Manns kvarkar och Zweigs ess måste ha elektriska laddningar lika med 1/3 eller 2/3 som för en elektron eller proton, vilket tyder på att en experimentell sökning efter dessa beståndsdelar skulle avslöja huruvida de existerade eller inte.

1968 avslöjade en serie elektron-protonspridningsexperiment av MIT-SLAC-samarbetet vid Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) i USA de första tecknen på att nukleoner har en inre struktur. Teamet avfyrade elektroner mot protoner och observerade hur elektronerna studsade av. Spridningsmönstren identifierades som orsakade av punktliknande partiklar inuti protonerna. Under de följande åren, genom att kombinera dessa resultat med andra från neutrinospridning i gargamelle-bubbelkammaren vid CERN, blev det klart att dessa beståndsdelar verkligen har laddningar på 1/3 och 2/3.

kvarkar är nu en viktig del av standardmodellen. I många experiment vid CERN inklusive de vid Large Hadron Collider (LHC) mäter fysiker egenskaperna hos Gell-Mann och Zweigs partiklar med allt större precision.

mer om kvarkar

• titta på George Zweigs tekniska konto Kvarkens historia (inspelad på CERN i September 2013)