Σαν σήμερα, στις 10 Νοεμβρίου 1974, ανακοινώθηκε ταυτόχρονα από δύο ερευνητικές ομάδες η ανακάλυψη του υποατομικού σωματιδίου κουάρκ "charm" ("χαριτωμένο"). Η μία ομάδα ήταν του Brookhaven National Laboratory στο MIT, Μασαχουσέτη, ΗΠΑ και η άλλη του SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) στο Μπέρκλεϊ, Καλιφόρνια, ΗΠΑ.
Το νέο σωματίδιο με μάζα 3095 MeV είχε διάρκεια ζωής περίπου 1000 φορές μεγαλύτερη από εκείνη άλλων σωματιδίων συγκρίσιμης μάζας. Η ανακοίνωση αυτή πυρπόλησε τον κόσμο της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών και πλέον στον κόσμο της Φυσικής έχει χαρακτηριστεί ως "η επανάσταση του Νοεμβρίου".
Μέσα σε 2 χρόνια, το 1976, στους επιστήμονες που καθοδηγούσαν αυτές τις ομάδες, τον Samuel Ting (ΜΙΤ) και τον Burton Richter (SLAC), απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική "για την πρωτοποριακή εργασία τους στην ανακάλυψη ενός βαρέος στοιχειώδους σωματιδίου, ενός νέου είδους".
Το 1964, δύο φυσικοί, οι Murray Gell-Mann και George Zweig, είχαν την ιδέα ότι τα πρωτόνια, τα νετρόνια και όλα τα καινούρια σωματίδια θα μπορούσαν να εξηγηθούν από μια ομάδα ακόμη μικρότερων αντικειμένων που ο Gell-Mann ονόμασε κουάρκ. Μπόρεσαν να εξηγήσουν όλα τα βαρυόνια και τα μεσόνια που είχαν παρατηρηθεί με τρία είδη κουάρκ - σήμερα ονομάζονται up (πάνω), down (κάτω), και strange (παράξενο)- καθώς και τα αντικουάρκ τους. Το επαναστατικό μέρος της ιδέας τους ήταν ότι έπρεπε να ορίσουν για τα κουάρκ ηλεκτρικό φορτίο 2/3 και -1/3 του φορτίου του πρωτονίου. Τέτοιο κλασματικό φορτίο δεν είχε ποτέ παρατηρηθεί!
Τα αντικουάρκ είναι τα αντίστοιχα σωματίδια αντιύλης των κουάρκ. Έχουν την ίδια μάζα αλλά αντίθετο φορτίο με τα αντίστοιχα κουάρκ. Όταν ένα κουάρκ βρεθεί με ένα αντικουάρκ, τότε εξαϋλώνονται, και εξαφανίζονται δίνοντας κάποια άλλη μορφή ενέργειας.
Σχεδόν τριάντα χρόνια μετά και αφού πραγματοποιήθηκαν πολλά πειράματα, η ιδέα των κουάρκ επιβεβαιώθηκε. Τώρα, αποτελεί μέρος του Καθιερωμένου Πρότυπου των Στοιχειωδών Σωματιδίων και Αλληλεπιδράσεων. Νέες ανακαλύψεις απέδειξαν ότι υπάρχουν έξι είδη κουάρκ (που έχουν μάλιστα παράξενα ονόματα όπως up (πάνω), down (κάτω), strange (παράξενο), charm (χαριτωμένο), bottom (χαμηλό), και top (ψηλό), κατά αύξουσα σειρά σύμφωνα με την μάζα τους). Επίσης υπάρχουν έξι είδη σωματιδίων, συπεριλαμβανομένου του ηλεκτρονίου, που ονομάζονται λεπτόνια. Το Καθιερωμένο Πρότυπο μπορεί να αιτιολογήσει τις ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις των κουάρκ και των λεπτονίων και μ' αυτό τον τρόπο εξηγεί την γενική εικόνα της πυρηνικής σύνδεσης και των διασπάσεων.
Ο λόγος που κλασματικά ηλεκτρικά φορτία όπως αυτά των κουάρκ δεν έχουν ποτέ παρατηρηθεί είναι επειδή τα κουάρκ δεν μπορούν ποτέ να βρεθούν μόνα τους παρά μόνο σε σύνθετα σωματίδια που ονομάζονται αδρόνια. Υπάρχουν δύο είδη αδρονίων: τα βαρυόνια που περιέχουν τρία κουάρκ και τα μεσόνια που περιέχουν ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Σωματίδια που αποτελούνται από τα πρώτα πέντε είδη κουάρκ έχουν παραχθεί και παρατηρηθεί στους επιταχυντές. Επειδή το κουάρκ τύπου t (top) έχει τόσο μεγάλη μάζα, χρειάστηκαν πολλά χρόνια και επιταχυντές με πάρα πολύ μεγάλη ενέργεια για να παραχθεί. Το κουάρκ τύπου t ανακαλύφθηκε τον Απρίλιο του 1995 στο Fermilab.
Ιστορικό αρχείο φωτογραφιών από το πείραμα στο SLAC.
Μέσα σε 2 χρόνια, το 1976, στους επιστήμονες που καθοδηγούσαν αυτές τις ομάδες, τον Samuel Ting (ΜΙΤ) και τον Burton Richter (SLAC), απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική "για την πρωτοποριακή εργασία τους στην ανακάλυψη ενός βαρέος στοιχειώδους σωματιδίου, ενός νέου είδους".
 |
| Τα 6 διαφορετικά κουάρκ. |
Το 1964, δύο φυσικοί, οι Murray Gell-Mann και George Zweig, είχαν την ιδέα ότι τα πρωτόνια, τα νετρόνια και όλα τα καινούρια σωματίδια θα μπορούσαν να εξηγηθούν από μια ομάδα ακόμη μικρότερων αντικειμένων που ο Gell-Mann ονόμασε κουάρκ. Μπόρεσαν να εξηγήσουν όλα τα βαρυόνια και τα μεσόνια που είχαν παρατηρηθεί με τρία είδη κουάρκ - σήμερα ονομάζονται up (πάνω), down (κάτω), και strange (παράξενο)- καθώς και τα αντικουάρκ τους. Το επαναστατικό μέρος της ιδέας τους ήταν ότι έπρεπε να ορίσουν για τα κουάρκ ηλεκτρικό φορτίο 2/3 και -1/3 του φορτίου του πρωτονίου. Τέτοιο κλασματικό φορτίο δεν είχε ποτέ παρατηρηθεί!
Τα αντικουάρκ είναι τα αντίστοιχα σωματίδια αντιύλης των κουάρκ. Έχουν την ίδια μάζα αλλά αντίθετο φορτίο με τα αντίστοιχα κουάρκ. Όταν ένα κουάρκ βρεθεί με ένα αντικουάρκ, τότε εξαϋλώνονται, και εξαφανίζονται δίνοντας κάποια άλλη μορφή ενέργειας.
Σχεδόν τριάντα χρόνια μετά και αφού πραγματοποιήθηκαν πολλά πειράματα, η ιδέα των κουάρκ επιβεβαιώθηκε. Τώρα, αποτελεί μέρος του Καθιερωμένου Πρότυπου των Στοιχειωδών Σωματιδίων και Αλληλεπιδράσεων. Νέες ανακαλύψεις απέδειξαν ότι υπάρχουν έξι είδη κουάρκ (που έχουν μάλιστα παράξενα ονόματα όπως up (πάνω), down (κάτω), strange (παράξενο), charm (χαριτωμένο), bottom (χαμηλό), και top (ψηλό), κατά αύξουσα σειρά σύμφωνα με την μάζα τους). Επίσης υπάρχουν έξι είδη σωματιδίων, συπεριλαμβανομένου του ηλεκτρονίου, που ονομάζονται λεπτόνια. Το Καθιερωμένο Πρότυπο μπορεί να αιτιολογήσει τις ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις των κουάρκ και των λεπτονίων και μ' αυτό τον τρόπο εξηγεί την γενική εικόνα της πυρηνικής σύνδεσης και των διασπάσεων.
 |
| Ο πίνακας των στοιχειωδών σωματιδίων του standard model (καθιερωμένο πρότυπο). |
Ο λόγος που κλασματικά ηλεκτρικά φορτία όπως αυτά των κουάρκ δεν έχουν ποτέ παρατηρηθεί είναι επειδή τα κουάρκ δεν μπορούν ποτέ να βρεθούν μόνα τους παρά μόνο σε σύνθετα σωματίδια που ονομάζονται αδρόνια. Υπάρχουν δύο είδη αδρονίων: τα βαρυόνια που περιέχουν τρία κουάρκ και τα μεσόνια που περιέχουν ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Σωματίδια που αποτελούνται από τα πρώτα πέντε είδη κουάρκ έχουν παραχθεί και παρατηρηθεί στους επιταχυντές. Επειδή το κουάρκ τύπου t (top) έχει τόσο μεγάλη μάζα, χρειάστηκαν πολλά χρόνια και επιταχυντές με πάρα πολύ μεγάλη ενέργεια για να παραχθεί. Το κουάρκ τύπου t ανακαλύφθηκε τον Απρίλιο του 1995 στο Fermilab.
Ιστορικό αρχείο φωτογραφιών από το πείραμα στο SLAC.
Πηγή: Today in Science History
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου