מהם קוורקים?
- פותח הנושא שחור3
- פורסם בתאריך
קווארקים - אבני הבניין של ההדרונים
קווארקים הם חלקיקים המהווים את אבני הבניין של החלקיקים הקרויים הדרונים. באטום, האלקטרונים שייכים למשפחת הלפטונים, והפרוטונים והניוטרונים הם באריונים, שהם סוג של הדרונים. כל הבאריונים עשויים משלושה קווארקים. פרוטון עשוי משני קווארקים הקרויים up (מטען 2/3) וקווארק הקרוי down (מטען מינוס 1/3). ניוטרון עשוי מקווארק up ושני קווארקים down.
קווארקים הם חלקיקים המהווים את אבני הבניין של החלקיקים הקרויים הדרונים. באטום, האלקטרונים שייכים למשפחת הלפטונים, והפרוטונים והניוטרונים הם באריונים, שהם סוג של הדרונים. כל הבאריונים עשויים משלושה קווארקים. פרוטון עשוי משני קווארקים הקרויים up (מטען 2/3) וקווארק הקרוי down (מטען מינוס 1/3). ניוטרון עשוי מקווארק up ושני קווארקים down.
הם דווקא כן נמשכים.
מה שמחזיק את האלקטרונים בקרבת הפרוטנים הוא המשיכה החשמלית ביניהם. השאלה האמיתית היא למה הם עושים זאת במסלולים קבועים. כולם יודעים כי לגוף המסתובב סביב גוף אחר כתוצאה מכוח מרכזי ושומר על אנרגיה קבועה, יש מסלול יציב. העניין הוא, שלפי האלקטרודינמיקה הקלאסית (תורת מקסוול) גוף טעון הנמצא בתאוצה, קורן (פולט אנרגיה בצורת קרינה). מכיוון שבמסלול מעגלי גוף נמצא בתאוצה, יוצא כי על האלקטרון הנע סביב לגרעין לאבד אנרגיה וכך להתקרב יותר ויותר אל גרעין האטום. זו היתה אחת הבעיות של הפיסיקה הקלאסית, עד שנמצא לה פיתרון בתורת הקוונטים. לפי תיאוריה זו, יש מסלולים קבועים ודיסקרטיים מסביב לגרעין בהם יכול אלקטרון להימצא. לכן כדי לעבור ממסלול למסלול על האלקטרון "לקרון" מנה קבועה וידועה של אנרגיה. יש גם מסלול מינימלי, שממנו האלקטרון אינו יכול לרדת קרוב יותר לגרעין.
מה שמחזיק את האלקטרונים בקרבת הפרוטנים הוא המשיכה החשמלית ביניהם. השאלה האמיתית היא למה הם עושים זאת במסלולים קבועים. כולם יודעים כי לגוף המסתובב סביב גוף אחר כתוצאה מכוח מרכזי ושומר על אנרגיה קבועה, יש מסלול יציב. העניין הוא, שלפי האלקטרודינמיקה הקלאסית (תורת מקסוול) גוף טעון הנמצא בתאוצה, קורן (פולט אנרגיה בצורת קרינה). מכיוון שבמסלול מעגלי גוף נמצא בתאוצה, יוצא כי על האלקטרון הנע סביב לגרעין לאבד אנרגיה וכך להתקרב יותר ויותר אל גרעין האטום. זו היתה אחת הבעיות של הפיסיקה הקלאסית, עד שנמצא לה פיתרון בתורת הקוונטים. לפי תיאוריה זו, יש מסלולים קבועים ודיסקרטיים מסביב לגרעין בהם יכול אלקטרון להימצא. לכן כדי לעבור ממסלול למסלול על האלקטרון "לקרון" מנה קבועה וידועה של אנרגיה. יש גם מסלול מינימלי, שממנו האלקטרון אינו יכול לרדת קרוב יותר לגרעין.
חשבתי שדווקא כן הסברתי...
הפרוטונים כבדים פי 2000 מהאלקטרונים. לכן ניתן להניח שהפרוטונים נמצאים במנוחה והאלקטרונים מסתובבים סביבם. והאלקטרונים לא מתנגשים בפרוטונים כי באנרגיות נמוכות הם נעים במסלולים סביב הפרוטונים כפי שהסברתי. באנרגיות גבוהות, לעומת זאת, אלקטרונים דווקא יכולים להתנגש בפרוטונים. לפי צורת הפיזור של ההתנגשות, ניתן ללמוד את המבנה הפנימי של הפרוטונים, וכך אגב מדדו את המטען של הקוורקים.
הפרוטונים כבדים פי 2000 מהאלקטרונים. לכן ניתן להניח שהפרוטונים נמצאים במנוחה והאלקטרונים מסתובבים סביבם. והאלקטרונים לא מתנגשים בפרוטונים כי באנרגיות נמוכות הם נעים במסלולים סביב הפרוטונים כפי שהסברתי. באנרגיות גבוהות, לעומת זאת, אלקטרונים דווקא יכולים להתנגש בפרוטונים. לפי צורת הפיזור של ההתנגשות, ניתן ללמוד את המבנה הפנימי של הפרוטונים, וכך אגב מדדו את המטען של הקוורקים.
האנרגיה נמוכה כאשר היא מסדר
גודל של אנרגיות אלקטרון במסלול (אנרגיית היינון או פחות) והיא גבוהה כאשר אורך גל דה ברולי של האלקטרון קטן ממימדי הגרעין. מה שקורה הוא שהאלקטרון למעשה "חודר" לתוך הגרעין ומתפזר מהקוורקים המרכיבים את הגרעין. בנוסף לאלקטרון ולגרעין, יכולים להיות להתנגשות כזו תוצרים (חלקיקים) נוספים, כתלות באנרגיה.
גודל של אנרגיות אלקטרון במסלול (אנרגיית היינון או פחות) והיא גבוהה כאשר אורך גל דה ברולי של האלקטרון קטן ממימדי הגרעין. מה שקורה הוא שהאלקטרון למעשה "חודר" לתוך הגרעין ומתפזר מהקוורקים המרכיבים את הגרעין. בנוסף לאלקטרון ולגרעין, יכולים להיות להתנגשות כזו תוצרים (חלקיקים) נוספים, כתלות באנרגיה.
שלשה קוורקים למר מרק
בניסויי פיזור באנרגיות גבוהות, מתגלים חלקיקים שאינם נפוצים בחיי היומיום. סוג מסויים של החלקיקי האלה נקרא הדרונים, ומה שמאפיין אותם הוא זמן חיים קצר (פרט לפרוטון שהוא חלקיק יציב, ולניוטרון שזמן החיים שלו מחוץ לאטום הוא כשמונה דקות). זמן החיים הקצר מוסבר בעזרת חוזק האינטראקציה (כוח) שמרגישים חלקיקים אלה, ושנקרא בשל כך הכוח החזק. את ההדרונים ניתן למיין באמצעות אחת התכונות שלהם הנקראת ספין. אלה שהספין שלהם חצי שלם בכפולות של יחידה בסיסית כלשהי נקראים בריונים, ואלה שהספין שלהם שלם נקראים מזונים. מסתבר, שאת האוסף הגדול של החלקיקים האלה ניתן לסדר בקבוצות שלהם תכונות משותפות, כלומר יש קבוצה מסויימת המונה שמונה מזונים שלהם תכונות משותפות, ויש קבוצה נוספת של שמונה בריונים שלהם תכונות משותפות, ויש קבוצה שלישית של עשרה בריונים שגם להם תכונות משותפות. העובדה הזו, הנקראת סימטריה, מעידה על מבנה פנימי כלשהו של אותם הדרונים, בדיוק כמו שהטבלה המחזורים של היסודות מעידה על המבנה הפנימי של האטום. הראשון שגילה כי מבנה פנימי זה יכול להיות מוסבר ע"י שלשה תת חלקיקים (עבור הבריונים, או שני תת חלקיקים עבור המזונים) היה הפיסיקאי מורי גל-מן (שגם קיבל על תגליתו זו את פרס הנובל. יובל נאמן הישראלי עשה זאת גם הוא באופן בלתי תלוי, אך גל-מן הקדים אותו במספר חודשים...). גל-מן נתן לחלקיקים האלה את השם קוורקים, הלקוח מתוך שורה של שיר של ג'ויס:"שלשה קוורקים למר מרק". כאמור, מן הסימטריה ומתוצאות נוספות) ניתן להסיק כי ישנם שלשה סוגים מכל קוורק, ואלה "מסומנים" ע"י "צבע" (זה לא צבע במובן הרגיל, אלא סתם שם). בנוסף, יש שישה מינים של קוורקים (מכל אחד מהצבעים) ואלה מסמנים לפי השמות: מעלה, מטה, מוזר,קסום, עליון ותחתון (שמות מוזרים במקצת...). למרות שניסויים בפיזור עמוק על גרעינים מראים בבירור כי אכן הם מורכבים ממספר חלקיקים קטנים יותר, אף אחד לא ראה אי פעם קוורק בודד, שלא בתוך גרעין. תופעה זו נקראת "כליאה".
בניסויי פיזור באנרגיות גבוהות, מתגלים חלקיקים שאינם נפוצים בחיי היומיום. סוג מסויים של החלקיקי האלה נקרא הדרונים, ומה שמאפיין אותם הוא זמן חיים קצר (פרט לפרוטון שהוא חלקיק יציב, ולניוטרון שזמן החיים שלו מחוץ לאטום הוא כשמונה דקות). זמן החיים הקצר מוסבר בעזרת חוזק האינטראקציה (כוח) שמרגישים חלקיקים אלה, ושנקרא בשל כך הכוח החזק. את ההדרונים ניתן למיין באמצעות אחת התכונות שלהם הנקראת ספין. אלה שהספין שלהם חצי שלם בכפולות של יחידה בסיסית כלשהי נקראים בריונים, ואלה שהספין שלהם שלם נקראים מזונים. מסתבר, שאת האוסף הגדול של החלקיקים האלה ניתן לסדר בקבוצות שלהם תכונות משותפות, כלומר יש קבוצה מסויימת המונה שמונה מזונים שלהם תכונות משותפות, ויש קבוצה נוספת של שמונה בריונים שלהם תכונות משותפות, ויש קבוצה שלישית של עשרה בריונים שגם להם תכונות משותפות. העובדה הזו, הנקראת סימטריה, מעידה על מבנה פנימי כלשהו של אותם הדרונים, בדיוק כמו שהטבלה המחזורים של היסודות מעידה על המבנה הפנימי של האטום. הראשון שגילה כי מבנה פנימי זה יכול להיות מוסבר ע"י שלשה תת חלקיקים (עבור הבריונים, או שני תת חלקיקים עבור המזונים) היה הפיסיקאי מורי גל-מן (שגם קיבל על תגליתו זו את פרס הנובל. יובל נאמן הישראלי עשה זאת גם הוא באופן בלתי תלוי, אך גל-מן הקדים אותו במספר חודשים...). גל-מן נתן לחלקיקים האלה את השם קוורקים, הלקוח מתוך שורה של שיר של ג'ויס:"שלשה קוורקים למר מרק". כאמור, מן הסימטריה ומתוצאות נוספות) ניתן להסיק כי ישנם שלשה סוגים מכל קוורק, ואלה "מסומנים" ע"י "צבע" (זה לא צבע במובן הרגיל, אלא סתם שם). בנוסף, יש שישה מינים של קוורקים (מכל אחד מהצבעים) ואלה מסמנים לפי השמות: מעלה, מטה, מוזר,קסום, עליון ותחתון (שמות מוזרים במקצת...). למרות שניסויים בפיזור עמוק על גרעינים מראים בבירור כי אכן הם מורכבים ממספר חלקיקים קטנים יותר, אף אחד לא ראה אי פעם קוורק בודד, שלא בתוך גרעין. תופעה זו נקראת "כליאה".
Copyright©1996-2021,Tapuz Media Ltd. Forum software by XenForo® © 2010-2020 XenForo Ltd.