Kwarki

          Przekaz niniejszy jest prezentacją oficjalnego stanowiska dzisiejszej nauki. Nie znaczy, że jest ona odzwierciedleniem obiektywnej prawdy.

          Promień protonu wynosi ok. 0.0000000000000016 m (10^–16 m). Po zderzeniu z elektronem o energii ok. 100 GeV ujawniają się, wg hipotezy, trzy składowe zwane kwarkami.

Kwark – cząstka elementarna, fermion mający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy istnieje 6 rodzajów kwarków (i 6 antykwarków) i są one niepodzielne. Hipotezę istnienia kwarków, jako elementarnych składników materii, wysunęli niezależnie od siebie Murray Gell-Mann (ur. 1929), amerykański fizyk teoretyk i George Zweig (ur. 1937 w Moskwie) w 1964 roku. Istnienie kwarków potwierdzono w 1968 podczas bombardowania protonu elektronami, gdy 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. Gdyby ładunek wewnątrz protonu był rozłożony równomiernie, elektrony powinny rozpraszać się pod niewielkimi kątami. Eksperyment natomiast ujawnił nadspodziewanie dużo rozproszeń pod dużymi kątami. Doświadczenia te wykazały, że protony (podobnie jak neutrony, o czym przekonano się później) mają wewnętrzną strukturę. 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 cząstek złożonych, które nazwano hadronami.

          W 1968 doświadczenia nad rozpraszaniem elektronów na protonach i neutronach przeprowadzane w SLAC zostały zinterperowane przez Richarda Feynmanna (1918–1988) i Jamesa Bjorkena (ur. 1934) jako rozpraszanie elektronów na niemal swobodnych kwarkach, o ułamkowych ładunkach elektrycznych zgodnych z modelem Gellmanna- Zweiga. Dalsze badania w latach 1970-1980 pokazały, ze kwarki w protonie są związane siłami przyciągającymi, które staja się coraz SILNIEJSZE w miarę oddalania się kwarków od siebie, prowadząc do UWIĘZIENIA kwarków w protonie. Kwarków nie można oddzielić od siebie; występują tylko w układach neutralnych kolorowo, tj. w układach kwark-antykwark (mezony) lub trzy kwarki (bariony), oraz ich antycząstki.

          Wszystkie kwarki opisywane są przez zestaw charakterystycznych wielkości zwanych liczbami kwantowymi. Spin, Zapach, Masa, Izospin, Kolor. Cząstki zbudowane z kwarków zawsze mają sumaryczny kolor biały Kwarkom przypisuje się jeszcze jeden stopień swobody: kolor (ładunek kolorowy). 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 (cząstki oddziaływania). 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). Kwarki (fundamentalne cząstki elementarne) oddziałujące silnie (silne oddziaływanie) oraz słabo (słabe oddziaływanie) i elektromagnetycznie (oddziaływania fizyczne). Są fermionami o spinie 1/2 (w jednostkach stałej Plancka), posiadają ułamkowe ładunki elektryczne (w jednostkach ładunku elementarnego).

          Rozważane jest również istnienie tzw. hadronów egzotycznych, złożonych z większej ilości kwarków: Eksperymenty sugerują istnienie tzw. pentakwarków, czyli cząstek zbudowanych z pięciu kwarków, a ściślej mówiąc z czterech kwarków i jednego antykwarka. Od roku 2003 przeprowadzono kilka eksperymentów, na podstawie których zasugerowano istnienie pentakwarka, który posiadałby skład kwarkowy i masę ok. 1540 MeV/c². W 2013 roku, w japońskim centrum High Energy Accelerator Research, została odkryta cząstka Zc(3900) prawdopodobnie zbudowana z czterech kwarków. Postuluje się również istnienie hadronów zbudowanych z sześciu kwarków, nazwanych dibarionami.

          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 zamienia się na masę).

          Natura tzw. sił kolorowych działających między kwarkami nie jest jeszcze do końca zrozumiała, stanowi przedmiot badań teorii – chromodynamiki kwantowej.

          Wiadomo, że kwarki oddziałują wzajemnie na siebie wymieniając wirtualne gluony. Najciekawszą własnością kwarków jest ich tzw. uwięzienie, tj. niemożność zaobserwowania swobodnych kwarków, a jedynie ich występowanie w stanach związanych, neutralnych kolorowo. Kwarki i gluony budujące cząstkę noszą łączne miano partonów.

          Model Standardowy to bez wątpienia jedna z najbardziej owocnych teorii, jakie kiedykolwiek powstały. Postuluje istnienie dwóch typów niepodzielnych cząstek: kwarków oraz leptonów. Kwarki różnego rodzaju są składnikami protonów i neutronów. Najbardziej znanym leptonem jest elektron. Biorąc odpowiednią kombinację kwarków i leptonów, można utworzyć wybrany atom, a idąc dalej – dowolny rodzaj materii we Wszechświecie. Cząstki materii spajają cztery oddziaływania: dwa z nich, grawitację i elektromagnetyzm są dobrze znane. Mniej znane są oddziaływania jądrowe: silne i słabe. W trzech przypadkach oddziaływanie na odległość odbywa się dzięki wymianie jednej lub kilku cząstek zwanych bozonami. Dotychczasowe próby opisania grawitacji w języku mikroświata okazały się nieudane.

          Masa protonu i neutronu, w przeciwieństwie do makroskopowych cząstek, nie jest sumą mas jego składników. Masa kwarków wnosi niecałe 2% do masy protonu czy też neutronu. Pozostała część masy pochodzi, zgodnie z zasadą równoważności Einsteina z energii niezbędnej do utrzymania kwarków w małej objętości (ujemna energia wiązania kwarków).

           Istnieją hipotezy, że cząstki materii składają się z jeszcze mniejszych składników nazwanych preonami. Powstało wiele teorii opartych na różnej liczbie preonów. Niestety do tej pory doświadczalnie nie wykryto takich cząstek. Możliwość istnienia części składowych leptonów i kwarków wynika również z popularnej obecnie teorii superstrun lub z nowo tworzonej teorii pętlowej grawitacji kwantowej.

          Łukasz Buczyński napisał na swoim blogu: Falową strukturę protonu i neutronu odkryłem ostatecznie 14 lipca 2004 roku. Protony i neutrony składają się tylko z sześciu elektronów. Proton mieści dodatkowy pozytron w centrum. Linie reprezentują 15 pól gluonowych. Protony i neutrony Są one złożone z trzech kwarków, jako trzech par elektronów, które są ułożone poprzecznie wzdłuż trzech osi kartezjańskich. Elektrony są od siebie równomiernie oddalone, tworząc ośmiościan foremny. Można tu sobie również wyobrazić sześcian, a sześć elektronów będzie leżało na środkach sześciu ścian. Proton jest neutronem, zawierającym dodatkowy pozytron (pozyton).

          Większość naszej wiedzy o protonach i kwarkach pozostaje niejasna. Trzy kwarki, jako niezależne jednostki, powinny pójść w zapomnienie. Zamiast tego mamy sześć elektronów, choć są one faktycznie trzema jednostkami ułożonymi poprzecznie na trzech osiach kartezjańskich.

(https://plus.google.com/113032895432624784811/posts)