• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Kwark



    Podstrony: 1 [2] [3] [4]
    Przeczytaj także...
    Ładunek elektryczny elementarny — podstawowa stała fizyczna, wartość ładunku elektrycznego niesionego przez proton lub (alternatywnie) wartość bezwzględna ładunku elektrycznego elektronu, która wynosi:Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki, to uznawane za najbardziej prestiżowe wyróżnienie za wybitne osiągnięcia naukowe. Przyznawana jest ona od 1901 roku przez Fundację Noblowską.

    Kwarkcząstka elementarna, fermion mający ładunek kolorowy (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki, istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz sześć rodzajów antykwarków.

    Kwark górny (ang. up, oznaczenie u) – jeden z kwarków, cząstka będąca podstawowym budulcem materii. Wchodzi w skład protonu i neutronu.Richard Phillips Feynman [ˈɹɪtʃɝd ˈfɪlɪps ˈfaɪnmən] (ur. 11 maja 1918 w Nowym Jorku, zm. 15 lutego 1988 w Los Angeles) – amerykański fizyk teoretyk; uznany w 1999 roku za jednego z dziesięciu najlepszych fizyków wszech czasów .

    Za symbol kwarka przyjmuje się literę Każdemu kwarkowi odpowiada jego antycząstka, antykwark, oznaczany symbolem Według dzisiejszego stanu wiedzy kwarki są niepodzielne.

    Nukleony – wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu. Nukleony składają się z kwarków. Choć przez obecne teorie cząstek protony i neutrony nie są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów zalicza się je do cząstek elementarnych.Pojęcie liczby kwantowej pojawiło się w fizyce wraz z odkryciem mechaniki kwantowej. Okazało się, że właściwie wszystkie wielkości fizyczne mierzone w mikroświecie atomów i cząsteczek podlegają zjawisku kwantowania, tzn. mogą przyjmować tylko pewne ściśle określone wartości. Na przykład elektrony w atomie znajdują się na ściśle określonych orbitach i mogą znajdować się tylko tam, z dokładnością określoną przez zasadę nieoznaczoności. Z drugiej strony każdej orbicie odpowiada pewna energia. Bliższe badania pokazały, że w podobny sposób zachowują się także inne wielkości np. pęd, moment pędu czy moment magnetyczny (kwantowaniu podlega tu nie tylko wartość, ale i położenie wektora w przestrzeni albo jego rzutu na wybraną oś). Wobec takiego stanu rzeczy naturalnym pomysłem było po prostu ponumerowanie wszystkich możliwych wartości np. energii czy momentu pędu. Te numery to właśnie liczby kwantowe.

    Historia[ | edytuj kod]

    Murray Gell-Mann – współtwórca teorii kwarków

    Hipotezę istnienia kwarków jako elementarnych składników materii wysunęli niezależnie od siebie Murray Gell-Mann i George Zweig w 1964 roku. Nazwę zaproponował Gell-Mann. Słowo quark pochodzi ze zdania Three quarks for Muster Mark! z powieści „Finnegans Wake” autorstwa Jamesa Joyce’a. Zdanie to jest zniekształconą formą okrzyku Drei Mark für muster Quark! (niem. „Trzy marki za znakomity twaróg!”), który autor usłyszał na targu. Cytat mówi o trzech kwarkach, a w owym czasie Gell-Mann i Zweig postulowali istnienie właśnie trzech cząstek – u, d i s – oraz ich antycząstek: u, d i s.

    Henry Kendall (ur. 9 grudnia 1926, zm. 15 lutego 1999) – amerykański fizyk-atomista, profesor Massachusetts Institute of Technology. W latach 1967-1973 wspólnie z Friedmanem i Taylorem potwierdził doświadczalnie kwarkową budowę nukleonów, za co w 1990 zostali nagrodzeni nagrodą Nobla.Hadrony – grupa silnie oddziałujących cząstek elementarnych złożonych z kwarków bądź gluonów. Wyróżnia się stany złożone z samych kwarków (mezony, bariony, tetrakwarki, pentakwarki itd.), samych gluonów (kule gluonowe) oraz kwarków i gluonów (hybrydy mezonowe, hybrydy barionowe itd.). Pierwszymi odkrytymi hadronami były bariony (trzy kwarki albo trzy antykwarki) i mezony (jeden kwark i jeden antykwark). Właściwością hadronów jest ich liczba barionowa oraz całkowity ładunek elektryczny, choć budujące je kwarki i antykwarki mają ładunki ułamkowe. Hadrony, będące stanami związanymi, same mogą tworzyć stany związane - są to jądro atomowe, hiperjądro, atom hadronowy (jądro atomowe z orbitującym wokół nim hadronem), molekuła hadronowa (np. pionium) czy gwiazda neutronowa.

    Szansa na potwierdzenie istnienia kwarków pojawiła się w 1968 podczas eksperymentów z głęboko nieelastycznym rozpraszaniem elektronów w SLAC. Przy mniejszych energiach elektrony odbijały się od protonu tak, jakby był on jednorodną elastyczną kulką. Przy wzroście energii zderzeń, gdy pęd elektronów zwiększano na tyle, że długość fali materii tych elektronów stała się mniejsza od rozmiarów protonu, elektrony zaczęły rozpraszać się w taki sposób, jakby zderzały się z punktowymi obiektami wewnątrz protonu (to znaczy miały określoną energię i poruszały się pod określonymi kątami do pierwotnego kierunku). Gdyby ładunek wewnątrz protonu był rozłożony równomiernie, elektrony powinny rozpraszać się pod niewielkimi kątami. Eksperyment natomiast ujawnił nadspodziewanie dużo rozproszeń pod dużymi kątami. Jest to efekt analogiczny do obserwowanego 50 lat wcześniej w doświadczeniu Rutherforda (niezgodność kąta rozpraszania z oczekiwaniami).

    Bariony – w fizyce cząstek elementarnych rodzina cząstek elementarnych silnie oddziałujących fermionów (o spinie połówkowym). Bariony są podrodziną cząstek silnie oddziałujących nazywanej hadronami. Barionem jest proton czy neutron wspólnie nazywane nukleonami.Richard Edward Taylor (ur. 2 listopada 1929 w Medicine Hat, zm. 22 lutego 2018 w Stanford) – kanadyjski fizyk, laureat Nagrody Nobla.

    Siła oddziaływania między kwarkami dąży do nieskończoności dla odległości rzędu 1 fm, czyli rozmiaru protonu, dlatego hadrony bombardowane coraz większymi energiami w żargonie są „coraz twardsze” (kąt rozproszenia niewiele się zmienia).

    Doświadczenia te wykazały, że protony (podobnie jak neutrony, o czym przekonano się później) mają wewnętrzną strukturę. Dla opisania zderzeń hadronów Richard Feynman wprowadził w roku 1969 model, w którym hadrony składały się z innych cząstek, nazwanych przez niego partonami. Partony Feynmana zostały szybko zidentyfikowane z kwarkami Gell-Manna oraz z gluonami, czyli cząstkami, za pośrednictwem których kwarki oddziałują ze sobą.

    Pentakwark – cząstka fizyczna – hadron złożony z pięciu kwarków: czterech zwykłych i jednego antykwarka. Kwarki mogą występować tylko trójkami (trzy kwarki lub trzy antykwarki) lub dwójkami (jeden kwark i jeden antykwark). Pentakwark jest w pewnym sensie złożeniem układu trójkwarkowego z dwukwarkowym. Istnienie pentakwarku jako pierwszy przewidział polski fizyk prof. Michał Praszałowicz w 1987 roku.Statystyka Fermiego-Diraca – statystyka dotycząca fermionów, cząstek o spinie połówkowym, które obowiązuje zakaz Pauliego. Zgodnie z zakazem Pauliego w danym stanie kwantowym nie może znajdować się więcej niż jeden fermion. Statystyka Fermiego-Diraca oparta jest również na założeniu nierozróżnialności cząstek.

    Wraz z rozwojem fizyki wysokich energii i fizyki cząstek elementarnych oraz dzięki prowadzonym coraz dokładniejszym badaniom odkrywano kolejne kwarki: c, b i t oraz ich antycząstki: c, b i t. Z odkryciem nowych cząstek zaistniała potrzeba dodatkowej parametryzacji. Kwarki zostały podzielone na trzy rodziny (generacje); oprócz tego, stosuje się również podział na kwarki lekkie: u, d i s i kwarki ciężkie: c, b i t.

    Parton (z ang. part – część) – cząstka elementarna będąca składnikiem hadronów (mezonów i barionów). Pojęcie wprowadzone w roku 1969 przez Richarda Feynmana do opisu wysokoenergetycznych zderzeń hadronów. Współcześnie traktowane często jako zbiorcza nazwa dla kwarków i gluonów, ale stosowane jest ono wyłącznie w kontekście analizy wysokoenergetycznych zderzeń hadronów i rozpraszania głęboko nieelastycznego.Proton, p (z gr. πρῶτον – "pierwsze") − trwała cząstka subatomowa z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u.

    Za potwierdzenie doświadczalne istnienia kwarków Henry Kendall, Jerome I. Friedman i Richard E. Taylor otrzymali w 1990 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

    Właściwości kwarków[ | edytuj kod]

    Struktura protonu zbudowanego z trzech kwarków: dwóch górnych „u” i jednego dolnego „d” (układ uud), związanych oddziaływaniem silnym przenoszonym przez gluony

    Kwarki są cząstkami oddziałującymi silnie. Nie występują one jako cząstki swobodne i nie da się ich oderwać i odizolować. Kwarki są cząstkami uwięzionymi i występują w układach złożonych, które nazwano hadronami. Zebrane właściwości kwarków przedstawia poniższa tabela.

    Spin – moment własny pędu cząstki w układzie, w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych.Reguła Pauliego, zwana też zakazem Pauliego – została zaproponowana przez Wolfganga Pauliego w 1925 dla wyjaśnienia zachowania się fermionów, czyli cząstek o spinie połówkowym. Reguła Pauliego jest szczególnym przypadkiem ogólniejszego twierdzenia o związku spinu ze statystyką.

    Zapachu B kwarka niskiego b (aby uniknąć kolizji oznaczeń, w tabeli oznaczono B*) nie należy mylić z liczbą barionową B.

    Spin[ | edytuj kod]

    Wszystkie kwarki są fermionami, co oznacza, że podlegają statystyce Fermiego-Diraca i mają spin połówkowy gdzie a h jest stałą Plancka.

    Zc(3900) – cząstka subatomowa, pierwszy odkryty hadron zbudowany z czterech kwarków (tetrakwark). Cząstka Zc(3900) jest około cztery razy cięższa od protonu, a jej czas życia wynosi około 10 s. Zc(3900) jest produktem rozpadu cząstki Y(4260).Zapach – jedna z liczb kwantowych przypisywanych elementarnym fermionom materii - kwarkom i leptonom. Zapach jest zachowywany w oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych, nie jest natomiast zachowany w oddziaływaniach słabych. Oznacza to, że tylko w oddziaływaniach słabych może następować zmiana zapachu kwarków i leptonów.

    Zapach[ | edytuj kod]

    Wszystkie kwarki opisywane są przez zestaw charakterystycznych wielkości zwanych liczbami kwantowymi. Jedną z nich jest zapach. Mówi się, że dany kwark ma określony zapach, na przykład kwark s ma cechę zwaną dziwnością (), natomiast kwarki c, b i t charakteryzują się odpowiednio liczbami kwantowymi C, B i T. Są to powab (ang. charm), piękno (beauty) i prawda (truth).

    Materia – w potocznym znaczeniu: ogół obiektywnie istniejących przedmiotów fizycznych, poznawalnych zmysłami. W fizyce termin "materia" ma kilka znaczeń.Centrum Liniowego Akceleratora Stanforda (ang. Stanford Linear Accelerator Center, SLAC) to jeden z największych ośrodków badawczych fizyki cząstek elementarnych posiadający m.in. akcelerator liniowy LINAC o długości ponad 3 km. Ośrodek jest położony na południe od San Francisco, w Palo Alto. Znajduje się na Uniwersytecie Stanforda.

    Masa[ | edytuj kod]

    Graficzne porównanie mas 6 kwarków. Dla porównania po lewej przedstawiono proton i elektron (czerwony punkt)

    W związku z faktem uwięzienia kwarków definicja ich masy jest obarczona pewną dowolnością. Dla kwarków definiuje się więc dwa rodzaje masy. Pierwsza z nich to tak zwana masa konstytuentna M, wyznaczona na podstawie faktu, iż masa protonu jest niemal taka sama jak masa neutronu. Zdefiniowano więc masę konstytuentną lekkich kwarków gdzie jako oznaczono jedną trzecią część masy nukleonu (czyli protonu lub neutronu). Masy konstytuentne są wartościami szacunkowymi, nie można ich wyznaczyć na drodze bezpośrednich pomiarów. Ponieważ w wysokoenergetycznych zderzeniach cząstek zbudowanych z kwarków możliwe jest oddzielenie kwarków od otaczającej je chmury gluonów, wprowadzono drugi rodzaj masy. W wysokoenergetycznych oddziaływaniach hadronów należy więc brać pod uwagę tak zwane masy bieżąca m (ang. current mass), nazywane także masami gołymi. Wartości mas prądowych są mniejsze od wartości mas konstytuentnych.

    Fale materii, fale de Broglie’a, przez autora nazwane początkowo falami fazy (l’onde de phase) – alternatywny w stosunku do klasycznego (czyli korpuskularnego) sposób opisu obiektów materialnych. Według hipotezy de Broglie’a dualizmu korpuskularno-falowego każdy obiekt materialny może być opisywany na dwa sposoby: jako zbiór cząstek albo jako fala. Obserwuje się efekty potwierdzające falową naturę materii w postaci dyfrakcji cząstek elementarnych, a nawet całych jąder atomowych. Kolor lub ładunek kolorowy – liczba kwantowa wprowadzona, by rozróżnić kwarki znajdujące się w tym samym stanie spinowym.

    Stosunek masy dwóch najlżejszych kwarków u i d wynosi około 0,56, natomiast stosunek masy kwarka s do masy kwarka d około 20,1.

    Izospin[ | edytuj kod]

    Inną wielkością charakterystyczną dla kwarków jest izospin (spin izotopowy) I, wielkość kwantowa wprowadzona już w 1932 roku przez Heisenberga, który początkowo proponował traktowanie protonu i neutronu jako dwóch stanów, w których występować może jedna cząstka – nukleon. Z czasem okazało się również, że izospin jest wielkością charakteryzującą kwarki. Formalizm podobny do tego, jaki stosuje się dla spinu przewiduje, iż multiplet o izospinie I ma 2I + 1 składników. Tyle więc wartości przybiera trzecia składowa izospinu, Zgodnie z zasadą kwantyzacji przestrzennej, liczba wartości trzeciej składowej izospinu odpowiada liczbie ustawień wektora izospinu w przestrzeni. Kwarki u i d traktuje się jako dublet izospinowy i przypisuje im izospin zaś pozostałe kwarki (s, c, b i t) są izospinowymi singletami ().

    Kwark powabny (ang. charm, oznaczenie c) – jeden z kwarków. Nie występuje w zwykłej materii, występuje natomiast w cząstkach wytwarzanych sztucznie, np. mezonach D.Leptony (z gr. leptós - lekki, drobny) − grupa 12 cząstek elementarnych (6 cząstek i 6 antycząstek). Zaliczają się do niej: elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe oraz odpowiadające im antycząstki: pozyton (antyelektron), antymion, antytaon i antyneutrina. Ostatnim odkrytym leptonem było neutrino taonowe w 2000 roku.

    Kolor[ | edytuj kod]

    Cząstki zbudowane z kwarków zawsze mają sumaryczny kolor biały

    Kwarkom przypisuje się jeszcze jeden stopień swobody: kolor. Kolory kwarków nie mają nic wspólnego z pojęciem koloru w sensie optycznym – stanowią rodzaje ładunków związanych z oddziaływaniami silnymi. Kolory nie są na stałe przyporządkowane do pojedynczych kwarków, ponieważ między kwarkami zachodzi wymiana kolorów w oddziaływaniach silnych za pośrednictwem gluonów. Wprowadzenie ładunku kolorowego pozwala zachować zasadę Pauliego dla niektórych barionów. Każdy zapach (u, d, s, c, b, t) kwarka występuje więc w trzech różnych kolorach. Wyróżnia się zatem następujące kolory: r (ang. red – czerwony), g (ang. green – zielony) i b (ang. blue – niebieski), oraz antykolory dla antykwarków: r (antyczerwony), g (antyzielony) i b (antyniebieski).

    Neutron (z łac. neuter – "obojętny") – cząstka subatomowa występująca w jądrach atomowych. Jest obojętny elektrycznie. Posiada spin ½.Kwark b (ang. bottom, beauty, kwark niski, kwark piękny w literaturze popularnonaukowej, inaczej zwany dennym lub spodnim) – kwark należący do trzeciej generacji cząstek elementarnych. Charakteryzuje się dużą masą, posiada ładunek elektryczny -1/3 e.

    Pozostałe właściwości[ | edytuj kod]

    Ładunki elektryczne kwarków są ułamkami ładunku elementarnego i wynoszą lub Liczba barionowa każdego kwarka q jest równa a dla antykwarka ma wartość

    Hadrony egzotyczne – grupa hadronów, czyli cząstek oddziałujących silnie, które nie są mezonami (złożonymi z pary kwark-antykwark) ani barionami złożonymi z trzech kwarków. W kilku eksperymentach prowadzonych na początku XXI wieku wychwycone zostały sygnały, które można przypisać istnieniu hadronów egzotycznych. Pierwszą cząstką tego rodzaju, której istnienie potwierdzono z wysokim poziomem prawdopodobieństwa, jest Z(4430), złożona z dwóch kwarków i dwóch antykwarków.Polskie Towarzystwo Fizyczne (PTF) jest stowarzyszeniem, którego celami są: upowszechnianie fizyki, rozwijanie więzi między fizykami zatrudnionymi w oświacie, nauce oraz różnych gałęziach gospodarki a także reprezentowanie środowiska fizyków.


    Podstrony: 1 [2] [3] [4]




    Warto wiedzieć że... beta

    Stała Plancka (oznaczana przez h) jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej.
    Chromodynamika kwantowa (ang. QCD – quantum chromodynamics) – teoria oddziaływań silnych czyli kwantowa teoria pola opisująca oddziaływanie silne, najsilniejsze z oddziaływań podstawowych. Chromodynamika to nieabelowa (nieprzemienna) teoria z cechowaniem. Grupą cechowania jest grupa SU(3). Jest częścią Modelu Standardowego. Trwają próby połączenia grupy SU(3) z grupą SU(2) x U(1) teorii oddziaływań elektrosłabych. Nazywa się to teoriami wielkiej unifikacji.
    George Zweig (ur. w roku 1937 w Moskwie, w rodzinie żydowskiej) - fizyk, był początkowo uczniem Richarda Feynmana, lecz z czasem poświęcił się neurobiologii. W roku 1959 ukończył Uniwersytet Michigan, a w roku 1964 Politechnikę Kalifornijską. Wiele lat spędził jako pracownik naukowy prowadząc badania naukowe w amerykańskim Narodowym Laboratorium Los Alamos i Politechnice w Massachusetts. Od roku 2004 zajął się pracą w przemyśle finansowym.
    James Augustine Aloysius Joyce (ur. 2 lutego 1882 r. w Dublinie, zm. 13 stycznia 1941 r. w Zurychu) – irlandzki pisarz tworzący w języku angielskim, jeden z najwybitniejszych pisarzy XX wieku.
    Fizyka cząstek elementarnych, fizyka wielkich energii – dział fizyki, którego celem jest badanie cząstek atomowych oraz oddziaływań zachodzących między nimi.
    Pole sił kolorowych tworzą gluony przenoszące kolor i antykolor pomiędzy kwarkami i antykwarkami. Energia pola sił kolorowych wzrasta wraz ze wzrostem odległości pomiędzy oddziałującymi kwarkami. Silne rozsunięcie kwarków powoduje naprężenie pola. Próba jego zerwania kończy się niepowodzeniem, ponieważ nadmierna ilość energii zostaje zamieniona na masę, na skutek czego powstają dwa nowe kwarki (dopełniające). Pole zamienia się wtedy na dwa pola o niższej energii (brakująca energia zamieniła się na masę).
    Teoria subkwarków - koncepcja wysnuta przez dwóch naukowców Michaela Shupe z Uniwersytetu w Illinois oraz Nathana Seiberga z Izraela mówiąca jakoby kwarki oraz leptony miały być zbudowane z mniejszych cząstek zwanych subkwarkami lub rishonami (z hebrajskiego rishon - najpierwotniejszy). Każdy kwark lub lepton miałby być złożony z trzech rishonów. Teoria ta była popularna w latach 70. i 80., później zapomniana.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.054 sek.