Quark là thành phần cơ bản của mọi vật chất, nhưng dường như không có bất kỳ cấu trúc nào và không thể phân chia được.
Các proton và neutron, những hạt tạo nên hạt nhân của nguyên tử, và chúng thực sự rất nhỏ. Tuy nhiên, các nhà khoa học nói rằng bản thân các hạt hạ nguyên tử đó được tạo thành từ một thứ thậm chí còn nhỏ hơn – các hạt gọi là quark .
Có thể nói rằng các hạt quark là thành phần cơ bản của vật chất, của tất cả những thứ xung quanh chúng ta. Giống như các electron và các lepton khác, các hạt quark dường như không có bất kỳ cấu trúc nào và không thể phân chia được.
Các hạt quark nhỏ đến mức thật khó hiểu khi cố gắng thể hiện kích thước ước tính của chúng. Điều này được giải thích rằng bán kính của một hạt quark nhỏ hơn khoảng 2.000 lần so với proton, tức là nhỏ hơn 2,4 nghìn tỷ lần như một hạt cát.
Sự tồn tại của hạt quark đã được xác nhận bởi các thí nghiệm được thực hiện từ năm 1967 đến năm 1973 tại Trung tâm Máy gia tốc tuyến tính Stanford.
Một trong những điều kỳ lạ về hạt quark là chúng có thể được quan sát nhưng chúng không thể bị cô lập. Có một sự khác biệt nhỏ giữa chúng và các hạt chúng ta đã biết. Chúng giống như các electron trong đó các electron là cơ bản, nhưng với các electron, chúng ta có thể quan sát và cô lập chúng. Tức là bạn có thể nắm giữ được một electron. Với hạt quark, bạn không thể lấy một hạt ra khỏi hạt nhân và đặt nó trên bàn và kiểm tra nó.
Thay vào đó, bằng cách sử dụng các máy gia tốc hạt khổng lồ, các nhà khoa học tăng tốc các electron và sử dụng chúng để thăm dò độ sâu của hạt nhân. Nếu chúng đi đủ sâu vào bên trong, các electron sẽ phân tán ra khỏi các hạt quark, điều này có thể được thực hiện với các máy dò rất tinh vi. Quark giúp khẳng định lại nguồn gốc mà proton và neutron được tạo thành.
Bằng cách sử dụng một máy gia tốc hạt lớn nằm trong một đường hầm dài 17 dặm (27 km) giữa Pháp và Thụy Sĩ, các nhà khoa học có thể thử nghiệm sự tương tác mạnh mẽ giữa các hạt quark và gluon.
Mục đích của thử nghiệm này giúp để hiểu rõ hơn về proton và cấu trúc ion nặng – chẳng hạn như Chì – và nghiên cứu một hiện tượng mới gọi là bão hòa. Khi hai proton hoặc hai ion va chạm với nhau ở năng lượng rất cao, chúng nhạy cảm với cấu trúc con của chúng – quark và gluon – và con người có thể thăm dò một số vùng mà mật độ của gluon rất lớn.
Điều này giống như tàu điện ngầm ở New York vào giờ cao điểm khi tàu điện ngầm bị tắc nghẽn hoàn toàn. Trong trường hợp đó, các gluon không hoạt động như một bản sắc riêng lẻ mà có thể thể hiện hành vi tập thể, giống như một tàu điện ngầm đông đúc, nếu ai đó ngã, mọi người sẽ cảm nhận được vì mọi người rất gần nhau. Tại một số điểm, proton hoặc ion nặng có thể hoạt động giống như một vật thể rắn, giống như thủy tinh, được gọi là chất ngưng tụ thủy tinh màu.
Việc tìm ra bằng chứng về sự tồn tại của vật liệu gluon dày đặc này sẽ trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất chưa được giải đáp về hạt quark. Có lẽ, đây là một trạng thái mới của vật chất. Một số gợi ý đã xuất hiện ở Máy va chạm Ion nặng tương đối tính hoặc Máy va chạm Hadron Lớn nhưng vẫn chưa có gì chắc chắn. Đó sẽ là một khám phá quan trọng và cả Máy va chạm Hadron Lớn và Máy va chạm Ion-Electron đều là những cỗ máy lý tưởng để thấy được điều này.
Các nhà khoa học cũng tự hỏi liệu có thể có thứ gì đó thậm chí còn nhỏ hơn hạt quark hay không. Và hơn nữa, những hạt này đã có một cấp độ khác chưa? Hiện tại, các nhà khoa học vẫn chưa đưa ra được câu trả lời đáng thuyết phục.
Cre: wikicabinet
Các proton và neutron, những hạt tạo nên hạt nhân của nguyên tử, và chúng thực sự rất nhỏ. Tuy nhiên, các nhà khoa học nói rằng bản thân các hạt hạ nguyên tử đó được tạo thành từ một thứ thậm chí còn nhỏ hơn – các hạt gọi là quark .
Có thể nói rằng các hạt quark là thành phần cơ bản của vật chất, của tất cả những thứ xung quanh chúng ta. Giống như các electron và các lepton khác, các hạt quark dường như không có bất kỳ cấu trúc nào và không thể phân chia được.
Các hạt quark nhỏ đến mức thật khó hiểu khi cố gắng thể hiện kích thước ước tính của chúng. Điều này được giải thích rằng bán kính của một hạt quark nhỏ hơn khoảng 2.000 lần so với proton, tức là nhỏ hơn 2,4 nghìn tỷ lần như một hạt cát.
Sự tồn tại của Quarks Được đề xuất đầu tiên vào năm 1964
Sự tồn tại của hạt quark lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1964 bởi nhà vật lý lý thuyết Murray Gell-Mann của Viện Công nghệ California, một trong những nhân vật quan trọng trong việc phát triển Mô hình chuẩn của vật lý hạt. Gell-Mann, người đoạt giải Nobel Vật lý năm 1969, đã giải thích các đặc tính của proton và neutron giúp khẳng định luận điểm chúng phải được tạo thành từ các hạt nhỏ hơn. Đồng thời, một nhà vật lý CalTech khác là Georg Zweig cũng độc lập đưa ra giả thuyết tương tự.Sự tồn tại của hạt quark đã được xác nhận bởi các thí nghiệm được thực hiện từ năm 1967 đến năm 1973 tại Trung tâm Máy gia tốc tuyến tính Stanford.
Một trong những điều kỳ lạ về hạt quark là chúng có thể được quan sát nhưng chúng không thể bị cô lập. Có một sự khác biệt nhỏ giữa chúng và các hạt chúng ta đã biết. Chúng giống như các electron trong đó các electron là cơ bản, nhưng với các electron, chúng ta có thể quan sát và cô lập chúng. Tức là bạn có thể nắm giữ được một electron. Với hạt quark, bạn không thể lấy một hạt ra khỏi hạt nhân và đặt nó trên bàn và kiểm tra nó.
Thay vào đó, bằng cách sử dụng các máy gia tốc hạt khổng lồ, các nhà khoa học tăng tốc các electron và sử dụng chúng để thăm dò độ sâu của hạt nhân. Nếu chúng đi đủ sâu vào bên trong, các electron sẽ phân tán ra khỏi các hạt quark, điều này có thể được thực hiện với các máy dò rất tinh vi. Quark giúp khẳng định lại nguồn gốc mà proton và neutron được tạo thành.
Có 6 loại Quark
Các hạt quark có điện tích nhỏ hơn so với các proton mà chúng tạo thành. Có sáu loại quark dựa trên khối lượng, và các hạt cũng có chất lượng được gọi là màu sắc, một cách mô tả cách lực mạnh giữ chúng lại với nhau. Màu sắc được mang bởi gluon – một loại sứ giả cho lực mạnh liên kết các quark lại với nhau. (Chúng tương tự như các photon.)Bằng cách sử dụng một máy gia tốc hạt lớn nằm trong một đường hầm dài 17 dặm (27 km) giữa Pháp và Thụy Sĩ, các nhà khoa học có thể thử nghiệm sự tương tác mạnh mẽ giữa các hạt quark và gluon.
Mục đích của thử nghiệm này giúp để hiểu rõ hơn về proton và cấu trúc ion nặng – chẳng hạn như Chì – và nghiên cứu một hiện tượng mới gọi là bão hòa. Khi hai proton hoặc hai ion va chạm với nhau ở năng lượng rất cao, chúng nhạy cảm với cấu trúc con của chúng – quark và gluon – và con người có thể thăm dò một số vùng mà mật độ của gluon rất lớn.
Điều này giống như tàu điện ngầm ở New York vào giờ cao điểm khi tàu điện ngầm bị tắc nghẽn hoàn toàn. Trong trường hợp đó, các gluon không hoạt động như một bản sắc riêng lẻ mà có thể thể hiện hành vi tập thể, giống như một tàu điện ngầm đông đúc, nếu ai đó ngã, mọi người sẽ cảm nhận được vì mọi người rất gần nhau. Tại một số điểm, proton hoặc ion nặng có thể hoạt động giống như một vật thể rắn, giống như thủy tinh, được gọi là chất ngưng tụ thủy tinh màu.
Việc tìm ra bằng chứng về sự tồn tại của vật liệu gluon dày đặc này sẽ trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất chưa được giải đáp về hạt quark. Có lẽ, đây là một trạng thái mới của vật chất. Một số gợi ý đã xuất hiện ở Máy va chạm Ion nặng tương đối tính hoặc Máy va chạm Hadron Lớn nhưng vẫn chưa có gì chắc chắn. Đó sẽ là một khám phá quan trọng và cả Máy va chạm Hadron Lớn và Máy va chạm Ion-Electron đều là những cỗ máy lý tưởng để thấy được điều này.
Các nhà khoa học cũng tự hỏi liệu có thể có thứ gì đó thậm chí còn nhỏ hơn hạt quark hay không. Và hơn nữa, những hạt này đã có một cấp độ khác chưa? Hiện tại, các nhà khoa học vẫn chưa đưa ra được câu trả lời đáng thuyết phục.
Cre: wikicabinet
