Στο σημερινό άρθρο θα εξετάσουμε τα quarks, τα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Τα quarks είναι θεμελιώδη σωματίδια στο καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής Φυσικής (Standard Model).
.
Υπάρχουν έξι τύποι ή “γεύσεις” από αυτά: up, down, charm, strange, top και bottom. Κάθε quark φέρει ένα κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο. Τα up, charm και top έχουν φορτίο +2/3, ενώ τα down, strange και bottom έχουν φορτίο -1/3. Αυτό το κλασματικό φορτίο είναι ζωτικής σημασίας για το σχηματισμό των πρωτονίων και των νετρονίων.
.
Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από διαφορετικούς συνδυασμούς up και down quarks. Ένα πρωτόνιο αποτελείται από δύο up και ένα down , με αποτέλεσμα να έχει συνολικό φορτίο +1 (+2/3 + 2/3 – 1/3). Αντίθετα, ένα νετρόνιο αποτελείται από ένα up και δύο down , οδηγώντας σε καθαρό φορτίο 0 (+2/3 – 1/3 – 1/3 – 1/3).
.
Τα quarks συνδέονται μεταξύ τους με την ισχυρή πυρηνική δύναμη, με τη μεσολάβηση σωματιδίων που ονομάζονται γκλουόνια (gluons). Αυτή η δύναμη είναι απίστευτα ισχυρή, ξεπερνώντας την απωστική ηλεκτρομαγνητική δύναμη μεταξύ ομοιόμορφα φορτισμένων quarks μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια. Η ισχυρή δύναμη λειτουργεί μόνο σε πολύ μικρές αποστάσεις, γι’ αυτό και είναι κυρίαρχη μόνο στο υποατομικό επίπεδο.
.
Τα quarks διαθέτουν επίσης μια ιδιότητα γνωστή ως “χρωματικό φορτίο”, που δεν σχετίζεται με το οπτικό χρώμα, αλλά είναι απαραίτητη στην αλληλεπίδραση μέσω της ισχυρής δύναμης. Υπάρχουν τρεις τύποι χρωματικών φορτίων, που ονομάζονται κόκκινο, πράσινο και μπλε. Τα quarks πρέπει να συνδυάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζουν “χρωματικά ουδέτερα” σωματίδια, όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως “χρωματικός περιορισμός”.
.
Η κατανόηση των quarks είναι θεμελιώδης για την κατανόηση του σύμπαντος. Δεν είναι απλώς δομικά στοιχεία των πρωτονίων και των νετρονίων, αλλά αποτελούν επίσης το κλειδί για την κατανόηση πολύπλοκων φαινομένων, όπως η συμπεριφορά της πυρηνικής ύλης υπό ακραίες συνθήκες, όπως αυτές που απαντώνται στους αστέρες νετρονίων ή στις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
.
Αν σου άρεσε το άρθρο και θέλεις να συνεχίσεις την ανάγνωση μπορείς να διαβάσεις για το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2023.