О, это очень важный вопрос. И многим людям, вероятно, хотелось бы получить на него исчерпывающий ответ. Что ж, попробую дать некоторое объяснение.
Кварки — это тип элементарных частиц, из которых состоит ядро атома.
Что такое элементарная частица?
Ну, это частица, НЕ состоящая из других частиц. То есть - это частица из которой состоит все, а она не состоит не из чего. Это вот это:
Элементарных частиц довольно много. В этой таблице показаны основные.
У вкарков нет размера, то есть их размер настолько мал, что, вероятно, является нульмерным или, по крайней мере, не больше планковской длины.
Но как безразмерные частицы могут образовывать ядро, имеющее физический размер?
Если в двух словах, то это происходит благодаря взаимодействию с другими частицами и за счет особенностей сильного ядерного взаимодействия.
Кварки обычно объединяются в группы по три. Чаще всего наблюдаются два типа этих групп: один называется Протон, а другой Нейтрон. Протоны и нейтроны — это просто группы из 3 кварков, чей объединенный заряд равен +1 или нейтрален.
Кроме того, кварки имеют полуцелый спин.
(Спин — это тип внутреннего углового момента. Он просто существует, и никто не знает почему. Он существует только для фундаментальных частиц.)
Вы, вероятно, видели такую картинку:
Я не хочу сильно усложнять, но это изображение протона и нейтрона не самое реалистичное. Структура протона или нейтрона на самом деле больше похожа на это:
Множество кварков, которые появляются и исчезают случайным образом. В среднем их должно быть либо 2 верхних и 1 нижний кварк для протона, либо 2 нижних и 1 верхний кварк для нейтрона. Также вы можете заметить, что на изображении указана частица «g», это еще один тип элементарной частицы, называемый глюоном (на первом снимке он указан оранжевым в самом верху).
Самый большой сюрприз, связанный с кварками, состоит в том, что ученые никак не могут их извлечь. Когда они тратят «безумное» количество энергии, чтобы оторвать один кварк от другого, эта энергия преобразуется в создание дополнительных кварков, включая антикварк, который связывается с извлеченным, образуя (например) пи-мезон кварк-антикварк. Эта особенность характеризуется тем, что силы взаимодействия между кварками с расстоянием НЕ уменьшаются.
Это свойство называется «конфайнментом», и оно означает, что в макроскопическом мире мы никогда не увидим свободного кварка. Кварки могут быть полусвободными в так называемой кварк-глюонной плазме. Но это лишь утверждение, как и свободный электрон, когда он проводит ток внутри металла. Но в отличие от электрона, никто не может оторвать кварк от поверхности плазмы.
А что больше кварк или электрон?
О, это очень интересный вопрос.
Когда ученые впервые определили размер атома, а точнее его структуру, они использовали электроны в качестве зондов, но в результате получили представление о том, насколько отклоняется электрон, а не его реальный размер. Это связано с тем, что на самом деле ученые всегда измеряют заряд, а не физический размер частиц.
Таким образом, ученые не могут измерить размер частиц даже на Большом адронном коллайдере. Они могут только измерить, на какое расстояние от точки распространяется электрический заряд и как этот заряд меняется с расстоянием от точки. Таким образом, размер элементарных частиц может быть одинаковым, то есть безразмерная точка.
Но, что самое интересное - из этих точек сделана вся материя во Вселенной. Ну разве это не чудо?