wersja pdf

Co jest elementarne? cz. II
4. Nukleon
5. Kwark
Dokładne pomiary mas jąder atomów wykazały,
że są one całkowitymi wielokrotnościami
pewnych podstawowych mas, jak też mogą
przechodzić w siebie na drodze przemian
j ą d ro w y c h . P i e r w s z e g o ro z b i c i a j ą d r a
atomowego dokonał Ernest Rutherford w
eksperymencie z 1919 r.
Z tych obserwacji wypływa wniosek, że jądra
atomów nie są elementarne, ale składają się z
bardziej podstawowych elementów – dodatnio
n a ł a d o w a n y c h p ro t o n ó w i o b o j ę t n y c h
elektrycznie neutronów, zwanych ogólnie
nukleonami czyli składnikami jądra atomowego.
Jądra atomów wodoru to pojedyncze protony. To
właśnie one będą zderzane w LHC.
Masa protonu:
2
mp=938.2703 MeV/c
za C. Amsler et al. (Particle Data Group), PL B667, 1 (2008)
(URL: http://pdg.lbl.gov)
Posiadanie wewnętrznej struktury przez nukleony było przewidywane przez konsekwencje teoretyczne
wyników pomiarów ich momentu magnetycznego dokonanych w 1933 r. przez Otto Sterna.
W połowie XX w. w strumieniu cząstek biorącym swój początek w promieniowaniu docierającym z
kosmosu odkryto bardzo wiele nowych ciężkich cząstek uważanych za elementarne, o masach
zbliżonych do protonów i neutronów oraz takich o wartościach mas, pośrednich między protonem a
elektronem, wspólnie zwanych hadronami.
W ramach prób zmniejszenia liczby cząstek elementarnych niezbędnych do objaśnienia wyników
doświadczeń w 1964 r. Murray Gell-Mann i Georg Zweig wysunęli hipotezę, że hadrony są zbudowane z
elementarnych tworów zwanych kwarkami. Na przełomie lat 60. i 70. wiele doświadczeń potwierdziło
słuszność modelu kwarków.
2
Nazwa
Symbol
Masa (MeV/c )
Ładunek
elektryczny
(e)
up
(górny)
u
1,5 - 3,3
2/3
down
(dolny)
d
3,5 - 6,6
-1/3
charm
(powabny)
c
1 270
2/3
strange
(dziwny)
s
104
-1/3
top
(szczytowy)
t
171 000
2/3
bottom
(spodni)
b
4 200
-1/3
Obecnie znanych jest sześć rodzajów kwarków:
górny (up) i dolny (down) (z których składają się
proton i neutron), dziwny (strange) i powabny
(charm), szczytowy/wysoki (top) i spodni (bottom)
oraz odpowiadające im antykwarki. Nigdy nie
zaobserwowano kwarków występujących
pojedynczo, tworzą one jedynie większe struktury
składające się z trzech kwarków lub pary kwarkantykwark.
W latach 70. sformułowano podstawy teorii
opisującej oddziaływania kwarków –
chromodynamiki kwantowej, wyjaśniającej
również niemożność zaobserwowania samotnego
kwarku.
za: C. Amsler et al. (Particle Data Group), PL B667, 1 (2008)
(URL: http://pdg.lbl.gov/2008/tables/rpp2008-sum-quarks.pdf)
Murray Gell-Mann i Georg Zweig postulatorzy teorii kwarków, laureaci
Nagrody Nobla 1969 r.
WIELKI ZDERZACZ HADRONÓW
Autor:
Mateusz Iskrzyński