Кварки являются основными составляющими всей материи.
Протоны и нейтроны, частицы, которые образуют ядра атомов, могут показаться очень маленькими. Но ученые говорят, что сами эти субатомные частицы состоят из чего-то еще меньшего - частиц, называемых кварками.
«Ну, я думаю, что самый простой способ сказать, что кварки - это фундаментальная составляющая материи, всего, что нас окружает», - объясняет Джеффри Уэст. Он физик-теоретик, основавший группу по физике высоких энергий в Лос-Аламосской национальной лаборатории, а сейчас является заслуженным профессором Шэннана в Институте Санта-Фе. (Он также является автором бестселлера 2017 года « Масштаб » о том, как математические законы, регулирующие структуру и рост физического мира, применяются к биологической жизни и человеческому обществу.)
Кварки настолько крошечные, что даже ошеломляет даже попытка выразить их предполагаемый размер. Профессор физики Лондонского колледжа в Лондоне - Джон Баттеруорт объяснил, что радиус кварка примерно в 2000 раз меньше радиуса протона, который, в свою очередь, в 2,4 триллиона раз меньше песчинки.
Существование кварков было впервые предложено в 1964 году физиком-теоретиком Калифорнийского технологического института Мюрреем Гелл-Манном, одной из ключевых фигур в разработке Стандартной модели физики элементарных частиц. Гелл-Манн, лауреат Нобелевской премии по физике 1969 года, выяснил, что для объяснения свойств протонов и нейтронов необходимо, чтобы они состояли из более мелких частиц. В то же время, другой физик из CalTech, Георг Цвейг, также независимо придумал эту идею.
Существование кварков было подтверждено экспериментами, проведенными с 1967 по 1973 годы в Стэнфордском центре линейных ускорителей.
Как объясняет Уэст, одна из странностей кварков заключается в том, что их можно наблюдать, но их нельзя изолировать. «Есть небольшая разница, - говорит он. «Они как электроны в том, что электроны фундаментальны, но с помощью электронов мы можем наблюдать и также изолировать их. Вы можете указать на электрон. С помощью кварков вы не можете вынуть один из ядра, положить его на стол и изучить».
Вместо этого, используя ускорители гигантских частиц, ученые ускоряют электроны и используют их, чтобы исследовать глубину ядра. Если они проникнут достаточно глубоко внутрь, электроны рассеются по кваркам, что можно измерить с помощью очень сложных детекторов. «Мы реконструируем то, что находится в цели, из которой состоят протоны и нейтроны», - говорит Уест. «Вы видите эти маленькие точечные объекты, которые мы идентифицируем как кварки».
Ученые также задаются вопросом, может ли быть что-то даже меньшее, чем кварк. "Напрашивается вопрос, есть ли еще один уровень?" Пока это не известно.
Гелл-Манн получил название частицы Кварк из экспериментального романа Джеймса Джойса 1939 года « Пробуждение Финнегана », в котором содержится строка «Три кварка для Мастера Марка!»
