เมื่อหนึ่งปีที่แล้ว Peter Higgs และ François Engler ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานเรื่องอนุภาคย่อยของอะตอม อาจดูไร้สาระ แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบเมื่อครึ่งศตวรรษก่อน แต่จนถึงขณะนี้ พวกเขายังไม่ได้รับความสำคัญใดๆ เลย
ในปี 1964 นักฟิสิกส์ที่มีความสามารถอีกสองคนก็มาพร้อมกับทฤษฎีนวัตกรรมของพวกเขาเช่นกัน ในตอนแรก เธอยังแทบไม่ได้รับความสนใจเลย เป็นเรื่องแปลกเนื่องจากเธออธิบายโครงสร้างของฮาดรอนโดยที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมที่รุนแรงเกิดขึ้นได้ มันคือทฤษฎีควาร์ก
นี่คืออะไร
ว่าแต่ควาร์กคืออะไร? นี่เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของฮาดรอน สิ่งสำคัญ! อนุภาคนี้มีสปิน "ครึ่ง" โดยแท้จริงแล้วเป็นเฟอร์เมียน ขึ้นอยู่กับสี (เพิ่มเติมจากด้านล่าง) ประจุของควาร์กสามารถเท่ากับหนึ่งในสามหรือสองในสามของโปรตอน สำหรับสีนั้นมีหกสี (ควาร์กรุ่นหนึ่ง) มีความจำเป็นเพื่อไม่ให้ละเมิดหลักการของเปาลี
พื้นฐานรายละเอียด
ในองค์ประกอบของฮาดรอน อนุภาคเหล่านี้ตั้งอยู่ในระยะไม่เกินค่ากักขัง นี่เป็นคำอธิบายง่ายๆ: พวกเขาแลกเปลี่ยนเวกเตอร์ของสนามเกจ นั่นคือกลูออน ทำไมควาร์กจึงมีความสำคัญมาก? Gluon plasma (อิ่มตัวด้วยควาร์ก) เป็นสถานะของสสารที่ทั้งจักรวาลตั้งอยู่ทันทีหลังจากเกิดบิ๊กแบง ดังนั้นการมีอยู่ของควาร์กและกลูออนจึงเป็นเครื่องยืนยันโดยตรงว่าเขาเป็นจริงๆ
พวกมันมีสีของตัวเอง ดังนั้นในระหว่างการเคลื่อนไหว พวกเขาจึงสร้างสำเนาเสมือนจริงของพวกเขา ดังนั้น เมื่อระยะห่างระหว่างควาร์กเพิ่มขึ้น แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมันก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก อย่างที่คุณอาจเดาได้ ในระยะทางที่น้อยที่สุด การโต้ตอบจะหายไป (เสรีภาพที่ไม่มีสัญลักษณ์)
ดังนั้น ปฏิกิริยารุนแรงใดๆ ในเฮดรอนจะอธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงของกลูออนระหว่างควาร์ก ถ้าเราพูดถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างฮาดรอน พวกมันจะถูกอธิบายโดยการถ่ายโอนไพ-เมซอนเรโซแนนซ์ พูดง่ายๆ ก็คือ ทุกสิ่งทุกอย่างลงมาเพื่อแลกกับกลูออนอีกครั้ง
มีควาร์กอยู่ในนิวคลีออนกี่ตัว
นิวตรอนแต่ละตัวประกอบด้วย d-quark หนึ่งคู่และแม้แต่ u-quark ตัวเดียว ในทางตรงกันข้าม โปรตอนแต่ละตัวประกอบด้วยดีควาร์กตัวเดียวและยูควาร์กคู่หนึ่ง อีกอย่าง ตัวอักษรถูกกำหนดขึ้นอยู่กับตัวเลขควอนตัม
มาอธิบายกัน ตัวอย่างเช่น การสลายตัวของเบต้าอธิบายได้อย่างแม่นยำโดยการเปลี่ยนแปลงของควาร์กชนิดเดียวกันชนิดหนึ่งในองค์ประกอบของนิวคลีออนไปเป็นอีกชนิดหนึ่ง เพื่อให้ชัดเจนยิ่งขึ้น กระบวนการนี้สามารถเขียนเป็นสูตรดังนี้: d=u + w (นี่คือการสลายตัวของนิวตรอน) ตามลำดับโปรตอนเขียนด้วยสูตรที่แตกต่างกันเล็กน้อย: u=d + w.
อย่างไรก็ตาม มันเป็นกระบวนการหลังที่อธิบายการไหลคงที่ของนิวตริโนและโพซิตรอนจากกระจุกดาวขนาดใหญ่ ดังนั้น ในระดับจักรวาล มีอนุภาคไม่กี่ตัวที่มีความสำคัญเท่ากับควาร์ก: กลูออนพลาสมา ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ยืนยันความจริงของบิกแบง และการศึกษาอนุภาคเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจแก่นแท้ของ โลกที่เราอาศัยอยู่
อะไรเล็กกว่าควาร์ก?
ว่าแต่ ควาร์กประกอบด้วยอะไร? อนุภาคที่เป็นส่วนประกอบคือพรีออน อนุภาคเหล่านี้มีขนาดเล็กมากและเข้าใจได้ไม่ดี ดังนั้นแม้แต่ทุกวันนี้ก็ยังไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับอนุภาคเหล่านี้ นั่นคือสิ่งที่เล็กกว่าควาร์ก
มันมาจากไหน
จนถึงปัจจุบัน สองสมมติฐานที่พบบ่อยที่สุดของการก่อตัวของพรีออน: ทฤษฎีสตริงและทฤษฎีบิลสัน-ทอมป์สัน ในกรณีแรก ลักษณะของอนุภาคเหล่านี้จะอธิบายโดยการสั่นของสตริง สมมติฐานที่สองแสดงให้เห็นว่าการปรากฏตัวของพวกเขาเกิดจากสภาวะที่น่าตื่นเต้นของอวกาศและเวลา
น่าสนใจ ในกรณีที่สอง ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้อย่างเต็มที่โดยใช้เมทริกซ์ของการถ่ายโอนแบบขนานตามเส้นโค้งของเครือข่ายการหมุน คุณสมบัติของเมทริกซ์นี้จะกำหนดคุณสมบัติของพรีออนไว้ล่วงหน้า นี่คือสิ่งที่ควาร์กทำ
สรุปผลลัพธ์บางอย่าง เราสามารถพูดได้ว่าควาร์กเป็น "ควอนตั้ม" ชนิดหนึ่งในองค์ประกอบของฮาดรอน ประทับใจ? และตอนนี้เราจะพูดถึงวิธีการค้นพบควาร์กโดยทั่วไป นี่เป็นเรื่องราวที่น่าสนใจมาก ซึ่งนอกจากนั้น ยังเผยให้เห็นถึงความแตกต่างบางอย่างที่อธิบายไว้ข้างต้นอย่างครบถ้วน
อนุภาคแปลก
ทันทีหลังสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 นักวิทยาศาสตร์เริ่มสำรวจโลกของอนุภาคใต้อะตอมอย่างแข็งขัน ซึ่งจนกระทั่งถึงตอนนั้นก็ดูเรียบง่ายในขั้นต้น (ตามแนวคิดเหล่านั้น) โปรตอน นิวตรอน (นิวคลีออน) และอิเล็กตรอนก่อตัวเป็นอะตอม ในปีพ.ศ. 2490 ไพออนถูกค้นพบ (และการมีอยู่ของพวกมันถูกทำนายไว้ในปี 2478) ซึ่งมีหน้าที่ในการดึงดูดร่วมกันของนิวคลีออนในนิวเคลียสของอะตอม มีการจัดแสดงนิทรรศการทางวิทยาศาสตร์มากกว่าหนึ่งรายการในครั้งเดียว ยังไม่มีการค้นพบควาร์ก แต่ช่วงเวลาที่โจมตี "ร่องรอย" ของพวกมันใกล้เข้ามาแล้ว
ในขณะนั้นยังไม่มีการค้นพบนิวตริโน แต่ความสำคัญที่ชัดเจนของพวกมันในการอธิบายการสลายตัวของอะตอมของเบต้านั้นยิ่งใหญ่มากจนนักวิทยาศาสตร์แทบไม่สงสัยเกี่ยวกับการมีอยู่ของอะตอม นอกจากนี้ยังตรวจพบหรือทำนายปฏิปักษ์บางตัวแล้ว สิ่งเดียวที่ยังไม่ชัดเจนคือสถานการณ์ของมิวออนซึ่งก่อตัวขึ้นระหว่างการสลายตัวของไพออนและต่อมาก็ผ่านเข้าสู่สถานะของนิวตริโน อิเล็กตรอน หรือโพซิตรอน นักฟิสิกส์ไม่เข้าใจสถานีกลางนี้เลย
อนิจจา โมเดลที่เรียบง่ายและไม่โอ้อวดเช่นนี้ไม่รอดจากการค้นพบดอกโบตั๋นเป็นเวลานาน ในปี 1947 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษสองคนคือ George Rochester และ Clifford Butler ได้ตีพิมพ์บทความที่น่าสนใจในวารสารวิทยาศาสตร์ Nature วัสดุสำหรับมันคือการศึกษารังสีคอสมิกโดยใช้ห้องเมฆซึ่งในระหว่างนั้นพวกเขาได้รับข้อมูลที่น่าสงสัย ในภาพถ่ายหนึ่งภาพที่ถ่ายระหว่างการสังเกตการณ์นั้น มองเห็นเส้นทางคู่ที่มีจุดเริ่มต้นร่วมกันได้ชัดเจน เนื่องจากความคลาดเคลื่อนคล้ายกับภาษาละติน V จึงชัดเจนในทันที– ประจุของอนุภาคเหล่านี้แตกต่างกันอย่างแน่นอน
นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานทันทีว่าร่องรอยเหล่านี้บ่งบอกถึงการเสื่อมสลายของอนุภาคที่ไม่รู้จักซึ่งไม่ทิ้งร่องรอยอื่นไว้ การคำนวณแสดงให้เห็นว่ามีมวลประมาณ 500 MeV ซึ่งมากกว่าค่าอิเล็กตรอนนี้มาก แน่นอน นักวิจัยเรียกการค้นพบของพวกเขาว่าอนุภาควี อย่างไรก็ตาม มันยังไม่ใช่ควาร์ก อนุภาคนี้ยังคงรออยู่ที่ปีก
มันเพิ่งเริ่มต้น
มันเริ่มต้นจากการค้นพบนี้ ในปีพ.ศ. 2492 ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน มีการค้นพบร่องรอยของอนุภาค ซึ่งก่อให้เกิดไพออนสามตัวในคราวเดียว ในไม่ช้ามันก็ชัดเจนว่าเธอและอนุภาค V เป็นตัวแทนของครอบครัวที่ประกอบด้วยอนุภาคสี่ตัวที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ต่อมาถูกเรียกว่า K-meson (คาออน).
kaon ที่ชาร์จแล้วหนึ่งคู่มีมวล 494 MeV และในกรณีของประจุที่เป็นกลาง - 498 MeV อย่างไรก็ตาม ในปี 1947 นักวิทยาศาสตร์โชคดีพอที่จะจับภาพกรณีที่หายากมากของการสลายตัวของคาออนที่เป็นบวก แต่ในขณะนั้นพวกเขาไม่สามารถตีความภาพได้อย่างถูกต้อง อย่างไรก็ตาม เพื่อความเป็นธรรม อันที่จริง การสังเกต kaon ครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1943 แต่ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งนี้เกือบสูญหายไปเมื่อเทียบกับฉากหลังของสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์หลังสงครามจำนวนมาก
ความแปลกใหม่
นักวิทยาศาสตร์ยังรอการค้นพบอีกมากมาย ในปี พ.ศ. 2493 และ พ.ศ. 2494 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์และเมืองเมลเบิร์กสามารถค้นหาอนุภาคที่หนักกว่าโปรตอนและนิวตรอนได้มาก มันไม่มีประจุอีกแล้ว แต่มันสลายตัวเป็นโปรตอนและไพออน อย่างหลังสามารถเข้าใจได้ว่าประจุลบ อนุภาคใหม่มีชื่อว่า Λ (แลมบ์ดา)
ยิ่งเวลาผ่านไป นักวิทยาศาสตร์ยิ่งมีคำถามมากขึ้น ปัญหาคืออนุภาคใหม่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของอะตอมอย่างแรงเท่านั้น และสลายตัวอย่างรวดเร็วเป็นโปรตอนและนิวตรอนที่รู้จัก นอกจากนี้พวกเขามักจะปรากฏเป็นคู่ไม่มีอาการเดียว นั่นคือเหตุผลที่กลุ่มนักฟิสิกส์จากสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นแนะนำให้ใช้เลขควอนตัมใหม่ - ความแปลก - ในคำอธิบาย ตามคำจำกัดความ ความแปลกประหลาดของอนุภาคที่รู้จักทั้งหมดนั้นเป็นศูนย์
การวิจัยเพิ่มเติม
ความก้าวหน้าในการวิจัยเกิดขึ้นหลังจากการเกิดขึ้นของการจัดระบบใหม่ของ Hadrons เท่านั้น บุคคลที่โดดเด่นที่สุดในเรื่องนี้คือ Yuval Neaman ของอิสราเอล ซึ่งเปลี่ยนอาชีพทหารที่โดดเด่นเป็นเส้นทางนักวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมไม่แพ้กัน
เขาสังเกตว่ามีซอนและแบริออนที่ค้นพบในช่วงเวลานั้นสลายตัว ก่อตัวเป็นกลุ่มของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกันเป็นทวีคูณ สมาชิกของสมาคมแต่ละแห่งมีความแปลกประหลาดเหมือนกันทุกประการ แต่มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม เนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รุนแรงจริงๆ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับประจุไฟฟ้าเลย ในแง่อื่นๆ อนุภาคจากมัลติเพล็ตจึงดูเหมือนแฝดที่สมบูรณ์แบบ
นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าความสมมาตรตามธรรมชาติมีส่วนรับผิดชอบต่อการปรากฏของการก่อตัวดังกล่าว และในไม่ช้าพวกเขาก็ค้นพบมัน กลายเป็นลักษณะทั่วไปอย่างง่ายของกลุ่มสปิน SU (2) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเคยใช้อธิบายตัวเลขควอนตัม ที่นี่เมื่อถึงเวลานั้น 23 ฮาดรอนก็รู้แล้ว และการหมุนของมันมีค่าเท่ากับ 0, ½ หรือหน่วยจำนวนเต็ม ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้การจัดประเภทดังกล่าวได้
ส่งผลให้ต้องใช้เลขควอนตัมสองตัวสำหรับการจัดประเภทในคราวเดียว เนื่องจากการจำแนกประเภทมีการขยายอย่างมาก นี่คือลักษณะที่ปรากฏของกลุ่ม SU(3) ซึ่งสร้างขึ้นเมื่อต้นศตวรรษโดยนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Elie Cartan เพื่อกำหนดตำแหน่งที่เป็นระบบของแต่ละอนุภาคในนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาโครงการวิจัย ควาร์กเข้าสู่อนุกรมระบบอย่างง่ายดาย ซึ่งยืนยันความถูกต้องโดยสมบูรณ์ของผู้เชี่ยวชาญ
เลขควอนตัมใหม่
ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงเกิดแนวคิดในการใช้เลขควอนตัมนามธรรม ซึ่งกลายเป็นไฮเปอร์ชาร์จและไอโซโทปสปิน อย่างไรก็ตาม ความแปลกประหลาดและประจุไฟฟ้าสามารถนำมาซึ่งความสำเร็จเช่นเดียวกัน แผนนี้ตามอัตภาพเรียกว่ามรรคมีองค์แปด นี่เป็นการเปรียบเทียบกับศาสนาพุทธ ซึ่งก่อนจะถึงพระนิพพาน คุณต้องผ่านแปดระดับด้วย อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้เป็นเนื้อเพลง
นีมานและเพื่อนร่วมงานของเขา เกล-แมนน์ ตีพิมพ์ผลงานของพวกเขาในปี 2504 และจำนวนมีซันที่รู้จักในขณะนั้นไม่เกินเจ็ด แต่ในงานของพวกเขา นักวิจัยไม่กลัวที่จะพูดถึงความน่าจะเป็นสูงของการมีอยู่ของเมซอนที่แปด ในปี 1961 เดียวกัน ทฤษฎีของพวกเขาได้รับการยืนยันอย่างยอดเยี่ยม อนุภาคที่พบมีชื่อว่า eta meson (อักษรกรีก η)
การค้นพบและการทดลองเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสว่างยืนยันความถูกต้องสมบูรณ์ของการจำแนกประเภท SU(3) สถานการณ์นี้กลายเป็นเรื่องที่ทรงพลังสิ่งจูงใจสำหรับนักวิจัยที่พบว่าพวกเขามาถูกทางแล้ว แม้แต่ Gell-Mann เองก็ไม่สงสัยอีกต่อไปว่าควาร์กมีอยู่ในธรรมชาติ ความคิดเห็นเกี่ยวกับทฤษฎีของเขาไม่ได้แง่บวกเกินไป แต่นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าเขาพูดถูก
นี่คือควาร์ก
เร็วๆนี้ บทความ "Schematic model of baryons and mesons" ถูกตีพิมพ์ ในนั้นนักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาแนวคิดเรื่องการจัดระบบต่อไปได้ซึ่งกลายเป็นว่ามีประโยชน์มาก พวกเขาพบว่า SU(3) อนุญาตให้มีเฟอร์มิออนจำนวน 3 เท่า ประจุไฟฟ้ามีตั้งแต่ 2/3 ถึง 1/3 และ -1/3 และในแฝดสามอนุภาคหนึ่งอนุภาคมักจะมีความแปลกประหลาดที่ไม่เป็นศูนย์ Gell-Mann ซึ่งเรารู้จักกันดีอยู่แล้ว เรียกพวกมันว่า “quark elementary particle”
ตามข้อกล่าวหา เขากำหนดให้เป็น u, d และ s (จากคำภาษาอังกฤษขึ้นลงและแปลก) ตามรูปแบบใหม่ แบริออนแต่ละอันประกอบด้วยควาร์กสามตัวในคราวเดียว Mesons ง่ายกว่ามาก ประกอบด้วยควาร์กหนึ่งตัว (กฎนี้ไม่สั่นคลอน) และแอนติควาร์ก หลังจากนั้นชุมชนวิทยาศาสตร์ก็ตระหนักถึงการมีอยู่ของอนุภาคเหล่านี้ซึ่งบทความของเราทุ่มเทให้กับบทความ
พื้นหลังอีกหน่อย
บทความนี้ซึ่งส่วนใหญ่กำหนดไว้ล่วงหน้าสำหรับการพัฒนาฟิสิกส์สำหรับปีต่อ ๆ ไป มีภูมิหลังที่ค่อนข้างอยากรู้อยากเห็น Gell-Mann คิดถึงการมีอยู่ของแฝดสามประเภทนี้มานานก่อนที่จะตีพิมพ์ แต่ไม่ได้พูดถึงสมมติฐานของเขากับใครเลย ความจริงก็คือข้อสันนิษฐานของเขาเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคที่มีประจุเป็นเศษส่วนดูเหมือนไร้สาระ อย่างไรก็ตาม หลังจากที่ได้พูดคุยกับ Robert Serber นักฟิสิกส์ทฤษฎีที่มีชื่อเสียง เขาได้เรียนรู้ว่าเพื่อนร่วมงานของเขาได้ข้อสรุปเหมือนกันทุกประการ
นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปที่ถูกต้องเพียงอย่างเดียว: การมีอยู่ของอนุภาคดังกล่าวจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อไม่ใช่เฟอร์มิออนอิสระ แต่เป็นส่วนหนึ่งของฮาดรอน อันที่จริง ในกรณีนี้ ค่าใช้จ่ายของพวกเขารวมกันเป็นหนึ่งเดียว! ในตอนแรก Gell-Mann เรียกพวกมันว่าควาร์กและถึงกับพูดถึงพวกมันที่ MTI แต่ปฏิกิริยาของนักเรียนและครูก็ถูกจำกัดไว้มาก นั่นคือเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์คิดอยู่นานมากว่าควรส่งผลงานวิจัยสู่สาธารณะหรือไม่
คำว่า "ควาร์ก" (เสียงที่ชวนให้นึกถึงเสียงร้องของเป็ด) ถูกพรากไปจากผลงานของเจมส์ จอยซ์ ผิดปกติพอสมควร แต่นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันส่งบทความของเขาไปที่ Physics Letters วารสารทางวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงของยุโรป เนื่องจากเขากลัวจริงๆ ว่าบรรณาธิการของ Physical Review Letters ฉบับอเมริกัน ซึ่งมีความใกล้เคียงกันในระดับเดียวกัน จะไม่รับตีพิมพ์ อีกอย่าง ถ้าคุณต้องการดูสำเนาของบทความนั้นอย่างน้อย คุณมีถนนตรงไปยังพิพิธภัณฑ์เบอร์ลินเดียวกัน ไม่มีควาร์กในนิทรรศการของเขา แต่มีประวัติการค้นพบที่สมบูรณ์ (แม่นยำกว่านั้นคือหลักฐานเชิงสารคดี)
เริ่มการปฏิวัติควาร์ก
เพื่อความยุติธรรม ควรสังเกตว่าเกือบในเวลาเดียวกัน George Zweig นักวิทยาศาสตร์จาก CERN ก็เกิดความคิดที่คล้ายคลึงกัน อย่างแรก Gell-Mann เองก็เป็นที่ปรึกษาของเขา แล้วก็ Richard Feynman Zweig ยังได้กำหนดความเป็นจริงของการมีอยู่ของ fermions ที่มีประจุเป็นเศษส่วน เรียกพวกมันว่าเอซเท่านั้น นอกจากนี้ นักฟิสิกส์ที่มีความสามารถยังถือว่าแบริออนเป็นควาร์กสามตัว และมีซอนเป็นส่วนผสมของควาร์กและโบราณวัตถุ
พูดง่ายๆ ก็คือ นักเรียนทวนบทสรุปของครูของเขาจนหมด และแยกจากเขาโดยสิ้นเชิง งานของเขาปรากฏแม้สองสามสัปดาห์ก่อนตีพิมพ์ของแมนน์ แต่เป็นงาน "ทำเอง" ของสถาบันเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การปรากฏตัวของงานอิสระสองชิ้น ซึ่งข้อสรุปเกือบจะเหมือนกัน ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อในทันทีถึงความถูกต้องของทฤษฎีที่เสนอ
จากการปฏิเสธกลายเป็นความไว้วางใจ
แต่นักวิจัยหลายคนยอมรับทฤษฎีนี้ในทันที ใช่ นักข่าวและนักทฤษฎีตกหลุมรักมันอย่างรวดเร็วเพราะความชัดเจนและความเรียบง่าย แต่นักฟิสิกส์ที่จริงจังยอมรับมันหลังจากผ่านไป 12 ปีเท่านั้น อย่าโทษพวกเขาที่อนุรักษ์นิยมเกินไป ความจริงก็คือว่าในตอนแรกทฤษฎีของควาร์กขัดแย้งอย่างมากกับหลักการของเพาลีซึ่งเรากล่าวถึงในตอนต้นของบทความ หากเราคิดว่าโปรตอนประกอบด้วยยูควาร์กคู่หนึ่งและดีควาร์กตัวเดียว โปรตอนแรกจะต้องอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันอย่างเคร่งครัด ตามที่ Pauli สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้
นั่นคือเมื่อตัวเลขควอนตัมเพิ่มเติมปรากฏขึ้นซึ่งแสดงเป็นสี (ซึ่งเราได้กล่าวไว้ข้างต้นด้วย) นอกจากนี้ ยังเข้าใจยากโดยสมบูรณ์ว่าอนุภาคมูลฐานของควาร์กมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันโดยทั่วไปอย่างไร เหตุใดจึงไม่เกิดพันธุ์อิสระของพวกมัน ความลับทั้งหมดเหล่านี้ได้รับการช่วยเหลืออย่างมากในการคลี่คลายโดยทฤษฎีของเกจฟิลด์ ซึ่ง “นึกขึ้นได้” เฉพาะในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 เท่านั้น ในช่วงเวลาเดียวกัน ทฤษฎีควาร์กของฮาดรอนก็รวมอยู่ในนั้นด้วย
แต่ที่สำคัญที่สุด การพัฒนาทฤษฎีถูกระงับโดยขาดการทดลองเชิงทดลองอย่างน้อยหนึ่งอย่างซึ่งจะยืนยันทั้งการมีอยู่จริงและปฏิสัมพันธ์ของควาร์กระหว่างกันและกับอนุภาคอื่นๆ และพวกมันก็ค่อยๆ เริ่มปรากฏให้เห็นเฉพาะในช่วงปลายยุค 60 เมื่อการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีทำให้สามารถทำการทดลองกับ "การส่ง" โปรตอนด้วยกระแสอิเล็กตรอนได้ การทดลองเหล่านี้ทำให้สามารถพิสูจน์ได้ว่าอนุภาคบางตัว "ซ่อน" อยู่ภายในโปรตอนจริงๆ ซึ่งเดิมเรียกว่าพาร์ตอน ต่อมา อย่างไรก็ตาม พวกเขาเชื่อว่านี่ไม่ใช่อะไรมากไปกว่าควาร์กที่แท้จริง แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นในช่วงปลายปี 1972 เท่านั้น
การยืนยันการทดลอง
แน่นอนว่าจำเป็นต้องมีข้อมูลการทดลองอีกมากมายเพื่อโน้มน้าวชุมชนวิทยาศาสตร์ในที่สุด ในปีพ.ศ. 2507 James Bjorken และ Sheldon Glashow (ผู้ชนะรางวัลโนเบลในอนาคต) ได้แนะนำว่าอาจมีควาร์กประเภทที่สี่ซึ่งพวกเขาเรียกว่ามีเสน่ห์
ต้องขอบคุณสมมติฐานนี้ที่ว่าในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายสิ่งแปลกประหลาดมากมายที่สังเกตได้ระหว่างการสลายตัวของคาออนที่มีประจุเป็นกลาง สี่ปีต่อมา นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันกลุ่มอิสระสองกลุ่มสามารถแก้ไขการสลายตัวของมีซอนได้ในคราวเดียว ซึ่งรวมถึงควาร์กที่ "มีเสน่ห์" เพียงตัวเดียวและแอนติควาร์กของมัน ไม่น่าแปลกใจที่เหตุการณ์นี้ได้รับการขนานนามว่าการปฏิวัติเดือนพฤศจิกายนในทันที เป็นครั้งแรกที่ทฤษฎีของควาร์กได้รับการยืนยัน "ภาพ" ไม่มากก็น้อย
ความสำคัญของการค้นพบนี้พิสูจน์ได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าผู้นำโครงการอย่าง ซามูเอล ติง และ บาร์ตัน ริกเตอร์ ผ่านพ้นไปแล้วได้รับรางวัลโนเบลเป็นเวลาสองปี: เหตุการณ์นี้สะท้อนให้เห็นในบทความมากมาย คุณสามารถพบเห็นบางส่วนได้ในต้นฉบับหากคุณไปที่พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งนิวยอร์ก ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ควาร์กเป็นการค้นพบครั้งสำคัญอย่างยิ่งในสมัยของเรา ดังนั้นจึงให้ความสนใจอย่างมากกับพวกมันในชุมชนวิทยาศาสตร์
อาร์กิวเมนต์สุดท้าย
จนกระทั่งปี 1976 นักวิจัยได้ค้นพบอนุภาคที่มีเสน่ห์ไม่เป็นศูนย์ นั่นคือ D-meson ที่เป็นกลาง นี่เป็นส่วนผสมที่ค่อนข้างซับซ้อนของควาร์กที่มีเสน่ห์หนึ่งตัวและยู-แอนตีควาร์ก ที่นี่ แม้แต่ฝ่ายตรงข้ามที่แข็งกระด้างของการดำรงอยู่ของควาร์กก็ยังถูกบังคับให้ยอมรับความถูกต้องของทฤษฎี ซึ่งระบุไว้ครั้งแรกเมื่อสองทศวรรษที่แล้ว John Ellis นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มีชื่อเสียงที่สุดคนหนึ่ง เรียกเสน่ห์ว่า "คันโยกที่พลิกโลก"
ในเร็วๆ นี้ รายชื่อของการค้นพบใหม่รวมถึงควาร์กขนาดใหญ่คู่หนึ่งโดยเฉพาะ บนและล่าง ซึ่งอาจสัมพันธ์กับการจัดระบบ SU(3) ที่ยอมรับแล้วในขณะนั้นได้อย่างง่ายดาย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้พูดคุยเกี่ยวกับการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่าเตตระควาร์ก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บางคนได้ขนานนามว่า "โมเลกุลฮาดรอน" แล้ว
ข้อสรุปและข้อสรุปบางประการ
คุณต้องเข้าใจว่าการค้นพบและเหตุผลทางวิทยาศาสตร์สำหรับการมีอยู่ของควาร์กนั้นถือเป็นการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างปลอดภัย ถือได้ว่าเป็นปี พ.ศ. 2490 (โดยหลักการแล้ว พ.ศ. 2486) เป็นจุดเริ่มต้น และจุดจบของมันก็อยู่ที่การค้นพบเมซันที่ "หลงเสน่ห์" ตัวแรก ปรากฎว่าระยะเวลาของการค้นพบครั้งสุดท้ายของระดับนี้จนถึงปัจจุบันคือไม่ต่ำกว่า 29 ปี (หรือ 32 ปี)! และทั้งหมดนี้เวลาถูกใช้ไปไม่เพียงแต่เพื่อค้นหาควาร์ก! ในฐานะที่เป็นวัตถุดั้งเดิมในจักรวาล gluon plasma ได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์มากขึ้นในไม่ช้า
อย่างไรก็ตาม ยิ่งการศึกษามีความซับซ้อนมากเท่าใด ก็ยิ่งต้องใช้เวลาในการค้นพบที่สำคัญมากเท่านั้น สำหรับอนุภาคที่เรากำลังพูดถึงนั้น ไม่มีใครสามารถประมาทความสำคัญของการค้นพบนี้ได้ โดยการศึกษาโครงสร้างของควาร์ก บุคคลจะสามารถเจาะลึกเข้าไปในความลับของจักรวาล เป็นไปได้ว่าหลังจากการศึกษาอย่างสมบูรณ์แล้วเท่านั้นที่เราจะสามารถค้นหาว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้นได้อย่างไรและเป็นไปตามกฎหมายที่จักรวาลของเราพัฒนาขึ้น ไม่ว่าในกรณีใด การค้นพบของพวกเขาทำให้สามารถโน้มน้าวนักฟิสิกส์หลายคนว่าความเป็นจริงรอบตัวเรานั้นซับซ้อนกว่าความคิดในอดีตมาก
คุณจึงได้เรียนรู้ว่าควาร์กคืออะไร อนุภาคนี้ในคราวเดียวส่งเสียงก้องกังวานในโลกวิทยาศาสตร์ และวันนี้นักวิจัยก็เต็มไปด้วยความหวังที่ในที่สุดจะเปิดเผยความลับทั้งหมดของมัน
