Чому фундаментальні частинки Всесвіту (кварки) отримали такі дивні назви, як «дивний», «чарівний» та «красивий»? Невже фізики просто вирішили пожартувати? Насправді кожна з цих назв зберегла історію великого відкриття. А щоб це зрозуміти, доведеться повернутися майже на сімдесят років назад.
У 1964 році американський фізик Мюррей Гелл-Манн запропонував сміливу ідею: можливо, протони, нейтрони та багато інших частинок не є фундаментальними. Можливо, вони самі складаються з ще дрібніших частинок. Саме для них він придумав назву «кварки».
Кварки Up і Down
Першими винайшли кварки Up і Down — «верхній» і «нижній». Ці назви не приховують жодної драматичної історії. Вони з’явилися просто тому, що фізикам потрібно було якось назвати першу пару кварків.
Саме ці два кварки стали справжніми будівельниками знайомого нам світу. Протон складається з двох Up-кварків і одного Down-кварка. Нейтрон, навпаки, містить два Down-кварки й один Up. А оскільки всі атомні ядра побудовані з протонів і нейтронів, то майже все, що ми бачимо навколо себе — Земля, повітря, вода, дерева, тварини й навіть наше власне тіло — зрештою складається саме з цих двох типів кварків.
Здавалося б, цього цілком достатньо. Якщо двох кварків вистачає, щоб побудувати майже весь знайомий Всесвіт, навіщо природі знадобилися інші кварки? Відповідь з’явилася лише тоді, коли фізики зіткнулися з новою загадкою.
Кварки Strange і Charm
Історія почалася ще до того, як учені взагалі заговорили про кварки. У середині минулого століття вони відкривали нові частинки, які поводилися дуже незвично. Народжувалися вони легко — під час зіткнень космічних променів або в прискорювачах частинок, — але розпадалися набагато повільніше, ніж дозволяли тодішні теорії. Для фізиків це стало справжньою загадкою. Щоб хоч якось описати цю дивну поведінку, вони ввели нову властивість і назвали її «дивністю».
Минуло кілька років, і теорія кварків усе пояснила. Виявилося, що всі ці загадкові частинки містять новий тип кварка. Саме тому він і отримав назву Strange — «дивний».
На відміну від Up і Down, цей кварк майже не зустрічається у звичайній речовині. Він народжується лише там, де енергія дуже велика: у космічних променях, вибухах наднових, на сучасних прискорювачах частинок, можливо, у надрах нейтронних зір. Він живе зовсім недовго й швидко перетворюється на легші кварки. Проте саме Strange допоміг пояснити загадкові частинки, які десятиліттями бентежили фізиків.
Але й на цьому історія не завершилася. На початку 1970-х років рівняння Стандартної моделі натякали, що має існувати ще один кварк. Без нього вся красива математична картина просто не складалася. Більшість учених була переконана, що цей кварк існує, хоча ніхто його ще не бачив.
У 1974 році передбачення підтвердилося. Новий кварк справді відкрили. Це стало одним із найяскравіших випадків, коли природа майже ідеально підтвердила математичну теорію. Саме тому кварк отримав назву Charm — «чарівний». Йшлося не про магію, а про елегантність і красу теорії, яка змогла передбачити його існування.
Як і Strange, чарівний кварк не бере участі у побудові звичайної матерії. Він виникає лише під час дуже енергійних процесів і майже миттєво зникає. Але саме його відкриття остаточно переконало фізиків, що кваркова модель правильно описує будову мікросвіту.
Кварки Beauty і Truth (Bottom і Top)
Після цього теорія вимагала існування ще двох кварків. У 1977 році відкрили п’ятий кварк, а в 1995 році — шостий. Спочатку їм хотіли дати романтичні назви Beauty — «красивий» і Truth — «істинний». Проте згодом міжнародна спільнота вирішила використовувати простіші й більш симетричні назви — Bottom і Top. Саме вони сьогодні є офіційними, хоча старі назви й досі можна зустріти в підручниках, наукових статтях та історичних оглядах.
Bottom і Top — найважчі з усіх кварків. Вони можуть народитися лише за колосальних енергій, які існували в перші миті після Великого вибуху або створюються сьогодні на найбільших прискорювачах частинок.
Особливо вражає Top-кварк. Він настільки важкий і нестабільний, що навіть не встигає стати частиною складної частинки. Майже одразу після народження він розпадається. Саме тому фізики можуть досліджувати його лише під час дуже короткої миті існування.
6 кварків
Сьогодні науці відомо шість кварків. Але майже весь знайомий нам Всесвіт побудований лише з двох — Up і Down. Strange допоміг пояснити загадкові частинки, Charm блискуче підтвердив правильність Стандартної моделі, а Bottom і Top дозволяють ученим перевіряти найглибші закони природи й шукати нову фізику, яка виходить за межі сучасних теорій.
Тож коли наступного разу почуєте слова «дивний», «чарівний» або «красивий» кварк, пам’ятайте: це не жарт фізиків. Кожна з цих назв — це своєрідний пам’ятник окремому відкриттю, яке крок за кроком допомогло людству зрозуміти, з чого побудований наш Всесвіт.
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Наш Всесвіт“.