โปรตอนและนิวตรอนซึ่งเป็นอนุภาคที่เป็นนิวเคลียสของอะตอมดูเหมือนจะมีขนาดเล็กมาก แต่นักวิทยาศาสตร์บอกว่าผู้ที่อนุภาคตัวเองที่ทำขึ้นจากบางสิ่งบางอย่างแม้มีขนาดเล็ก - อนุภาคที่เรียกว่าควาร์ก
"ดีฉันคิดว่าวิธีที่ง่ายที่สุดในการระบุว่ามันเป็นควาร์กเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของเรื่องของทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเราของ" อธิบายเจฟฟรีย์เวสต์เขาเป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีผู้ก่อตั้งพลังงานสูงฟิสิกส์กลุ่มที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสและตอนนี้ก็ Shannan ศาสตราจารย์ที่สถาบันซานตาเฟ (เขายังเป็นผู้เขียนหนังสือขายดีประจำปี 2017 เรื่อง " มาตราส่วน " เกี่ยวกับวิธีที่กฎหมายทางคณิตศาสตร์ที่ควบคุมโครงสร้างและการเติบโตของโลกทางกายภาพนำไปใช้กับชีวิตทางชีววิทยาและสังคมมนุษย์)
เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนและอื่น ๆleptons , ควาร์กไม่ได้ดูเหมือนจะมีโครงสร้างใด ๆ และดูเหมือนจะแบ่งแยกเป็นอธิบายโดยมหาวิทยาลัยเมลเบิร์นอนุภาคฟิสิกส์ Takaski คูโบต้าในการสนทนา
Quarks มีขนาดเล็กมากจนไม่น่าเชื่อแม้แต่จะพยายามแสดงขนาดโดยประมาณ จอนบัตเตอร์เวิร์ ธ ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอนอธิบายว่ารัศมีของควาร์กนั้นเล็กกว่าโปรตอนประมาณ 2,000 เท่าซึ่งมีขนาดเล็กกว่าเม็ดทรายถึง 2.4 ล้านล้านเท่า
การดำรงอยู่ของ Quarks เสนอครั้งแรกในปีพ. ศ. 2507
การดำรงอยู่ของควาร์กถูกเสนอครั้งแรกในปี 2507 โดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีแห่งแคลิฟอร์เนียMurray Gell-Mannซึ่งเป็นหนึ่งในบุคคลสำคัญในการพัฒนาแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค Gell-Mann ผู้ชนะรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1969 พบว่าการอธิบายคุณสมบัติของโปรตอนและนิวตรอนจำเป็นต้องประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่า ในขณะเดียวกันGeorg Zweigนักฟิสิกส์ของ CalTech อีกคนก็คิดขึ้นมาอย่างอิสระเช่นกัน
การดำรงอยู่ของควาร์กได้รับการยืนยันโดยการทดลองที่ดำเนินการตั้งแต่ปี พ.ศ. 2510 ถึง พ.ศ. 2516 ที่ศูนย์เร่งเชิงเส้นสแตนฟอร์ด
สิ่งที่แปลกอย่างหนึ่งเกี่ยวกับควาร์กตามที่เวสต์อธิบายคือสามารถสังเกตเห็นได้ แต่แยกไม่ออก “ มีความแตกต่างเล็กน้อย” เขากล่าว "พวกมันเหมือนกับอิเล็กตรอนในอิเล็กตรอนนั้นเป็นพื้นฐาน แต่ด้วยอิเล็กตรอนเราสามารถสังเกตและแยกพวกมันออกได้คุณสามารถชี้ไปที่อิเล็กตรอนได้ด้วยควาร์กคุณไม่สามารถนำหนึ่งออกจากนิวเคลียสแล้ววางไว้บนโต๊ะและ ตรวจสอบมัน "
แทนที่จะใช้เครื่องเร่งอนุภาคขนาดมหึมานักวิทยาศาสตร์จะเร่งอิเล็กตรอนและใช้มันเพื่อตรวจสอบความลึกของนิวเคลียสแทน หากพวกมันเข้าไปลึกเพียงพอภายในอิเล็กตรอนจะกระจายออกจากควาร์กซึ่งสามารถวัดได้โดยใช้เครื่องตรวจจับที่มีความซับซ้อนมาก "เราสร้างสิ่งที่อยู่ในเป้าหมายซึ่งโปรตอนและนิวตรอนประกอบขึ้นใหม่" เวสต์กล่าว "คุณเห็นวัตถุจุดเล็ก ๆ เหล่านี้ที่เราระบุว่าเป็นควาร์ก"
ควาร์กมีหกประเภท
ควาร์กมีประจุเป็นเศษส่วนเมื่อเทียบกับโปรตอนที่ก่อตัวขึ้น ควาร์กมีหกประเภทตามมวลและอนุภาคยังมีคุณภาพที่เรียกว่าสีซึ่งเป็นวิธีการอธิบายว่าแรงที่แข็งแกร่งจับพวกมันเข้าด้วยกันได้อย่างไร สีถูกนำมาใช้โดยกลูออน - สารประเภทหนึ่งสำหรับพลังอันแข็งแกร่งที่ผูกควาร์กเข้าด้วยกัน (คล้ายกับโฟตอน )
ทีมนักฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแคนซัสวางแผนที่จะใช้อุปกรณ์ที่ติดตั้งที่Large Hadron Colliderซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ที่อยู่ในอุโมงค์ 17 ไมล์ (27 กิโลเมตร) ระหว่างฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์เพื่อตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างควาร์กและกลูออน
"แนวคิดคือการทำความเข้าใจโปรตอนและโครงสร้างไอออนหนักเช่นตะกั่วเป็นต้นและเพื่อศึกษาปรากฏการณ์ใหม่ที่เรียกว่าความอิ่มตัว" Christophe Royonศาสตราจารย์ฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแคนซัสซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยอธิบาย ในอีเมล "เมื่อโปรตอนสองตัวหรือสองไอออนชนกันด้วยพลังงานที่สูงมากเรามีความอ่อนไหวต่อโครงสร้างพื้นฐานของพวกมันนั่นคือควาร์กและกลูออน - และเราสามารถตรวจสอบบางพื้นที่ที่ความหนาแน่นของกลูออนมีขนาดใหญ่มาก"
"การเปรียบเทียบน่าจะเป็นรถไฟใต้ดินในนิวยอร์กในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนเมื่อรถไฟใต้ดินคับคั่ง" Royon กล่าวต่อ "ในกรณีนี้กลูออนไม่ได้ทำตัวเป็นอัตลักษณ์เดียว แต่สามารถแสดงพฤติกรรมร่วมกันได้เช่นเดียวกับรถไฟฟ้าใต้ดินที่แออัดหากมีใครตกลงไปทุกคนจะรู้สึกได้เนื่องจากผู้คนอยู่ใกล้กันมากในบางช่วงเวลา โปรตอนหรืออิออนหนักสามารถทำตัวเหมือนวัตถุแข็งเช่นแก้วเรียกว่าคอนเดนเสทแก้วสีนี่คือสิ่งที่เราต้องการเห็นที่ LHC และในอนาคตของElectron-Ion Colliderในสหรัฐฯ "
Royon กล่าวว่าการค้นหาหลักฐานการมีอยู่ของวัสดุกลูออนที่หนาแน่นนี้จะตอบคำถามที่ยังไม่ได้รับคำตอบที่ใหญ่ที่สุดเกี่ยวกับควาร์ก "นี่คือสถานะใหม่ของสสาร" เขากล่าว "คำใบ้บางอย่างปรากฏขึ้นแล้วที่ Relativistic Heavy Ion Collider หรือ Large Hadron Collider แต่ยังไม่มีความแน่นอนมันจะเป็นการค้นพบที่สำคัญและทั้ง Large Hadron Collider และ Electron-Ion Collider เป็นเครื่องจักรที่เหมาะสำหรับการดูสิ่งนี้"
นักวิทยาศาสตร์ยังสงสัยว่าอาจมีบางสิ่งที่เล็กกว่าควาร์กหรือไม่ "มันทำให้เกิดคำถามว่ายังมีระดับอื่นอีกหรือ" เวสต์กล่าว "เราไม่รู้คำตอบ"
ตอนนี้น่าสนใจ
Gell-Mann ได้ชื่ออนุภาคจากนวนิยายทดลองของ James Joyce ปี 1939 เรื่องFinnegans Wakeซึ่งมีบรรทัดว่า "Three quarks for Muster Mark!"
