PROIECTPROIECTQUARCUL.QUARCUL.

Descoperire, Tipuri, Descoperire, Tipuri, ProprietatiProprietati

Profesor: DRAGAN NICOLETAProfesor: DRAGAN NICOLETAScoala: CNJMScoala: CNJM

Definitia QUARCULUI• QuarculQuarcul (cuarcul, sau

quarkul, pluralul quarcuri sau cuarcuri) este o particulă elementară care interacţionează prin forţa nucleară puternică şi care constituie materia „grea” (numită şi barionică). Ipoteza existentei quarcului a fost propusă de teoreticianul Murray Gell Mann in 1964.

Descoperire si etimologie• Fizicienii teoreticieni Murray Gell-Mann şi George Zweig

au propus independent în 1964 modelul de quarcuri.• Cuvântul quark (scris în româneşte şi în varianta quarc)

a fost ales de fizicianul Murray Gell-Mann, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică, inspirat de romanul Finnegan's wake al lui James Joyce şi este asociat cu servirea berei în cupe de un quart în Anglia în evul mediu („three quarks for master Mark”). În limba română, substantivul quarc (sau "quark") a fost adoptat ca neologism din limba engleză şi este de gen neutru (un quarc, două quarcuri).

• Până în anul 1968 n-au existat dovezi experimentale ferme de existenţa quarcurilor. Atunci, ciocniri de înaltă energie de electroni cu protoni (experienţe de împrăştiere) au indicat că electronii sunt împrăştiaţi de trei constituenţi punctuali (quarcurile) din interiorul protonului.

• În final, în 1995, quarcul "top" a fost observat la Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) în SUA, şi deci toate aromele de quarcuri au fost astfel observate.

QUARCUL în structura materiei

• După un şir lung de experienţe şi descoperiri, se cunoaşte în prezent că materia este formată din molecule şi moleculele din atomi care definesc elementele chimice, descoperite la sfârşitul secolului al XVIII-lea de către Lavoisier. După descoperirea periodicităţii elementelor şi tabelului lui Mendeleev în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, s-a ajuns la începutul secolului al XX-lea la o imagine a atomilor cu un nucleu dens, punctiform şi masiv în jurul căruia „oscilează” electronii.

• Nucleul atomic însă s-a dovenit mai apoi a fi şi el divizibil şi conţinînd nucleoni (protoni şi neutroni). La începutul anilor 1970 s-a demonstrat însă experimental că şi nucleonii sunt de fapt compuşi, iar componenţii lor, botezaţi „quarcuri” (en: Quarks) de către fizicianul teoretician Murray Gell-Mann, sunt consideraţi a fi indivizibili, adică particule elementare ca şi electronii.

Tipuri si ProprietatiI. Quarcurile ----particule de spin ½ , care fac parte din

familia de fermioni (nume generic atribuit particulelor care au proprietatea că nu se pot găsi în aceeaşi stare cuantică)

----particule cu spin intreg sau 0, care fac parte din familia de bosoni. Ei au adesea rolul de mediator sau de „transportor” de radiaţie şi se pot acumula ( sau „condensa”) în aceeaşi stare cuantică.

II. Alta clasificare se poate face dupa “aroma” quarcurilor, aceasta fiind de 6 feluri: sus (u), jos (d), farmec (c), straniu (s), top (t) şi bază (b) (up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b) şi top (t). Masele lor cresc de la valori mici (quarcul up, doar o a mia parte din masa protonului) până la foarte greu, quarcul top, fiind tot la fel de masiv ca un atom de aur, ceea ce este remarcabil pentru orice particulă elementară.

II. O altă caracteristică tipică a quarcurilor este sarcina electrică fracţionară: +2/3 pentru u,c,t şi -1/3 pentru d,s,b.

 Familie

Nume  Sarcină

Masă estimată (MeV/c2)

 1  up  +2/3  3+-2

 1  down  -1/3  6+-2

 2  strange  -1/3  95+-25

 2  charm  +2/3  1250+-90

 3  bottom  -1/3  4.200+-70

 3  top  +2/3  172.200+-3.300

Modelul standard• Modelul Standard

(SM) este sistemul teoretic formulat în 1974 care descrie toate particulele elementare cunoscute până în prezent, plus bosonul Higgs (care nu a fost încă observat). Acest model conţine 6 arome de quarcuri, care se numesc: up, down, charm, strange, top şi bottom.

Agregarea quarcurilor în particule mai grele• Majoritatea particulelor descoperite la energii înalte,

în acceleratoare de particule sau în radiaţiile cosmice (o lungă serie de peste 150 de particle diferite, între care protonul şi neutronul sunt cele mai bine cunoscute) sunt formate din combinaţii de quarkuri. Aceste particule sunt clasificate în două mari categorii: mezonii (formaţi din două quarkuri) şi barionii (formaţi din trei quarkuri, cum sunt protonul şi neutronul). Protonul (nucleul atomului de hidrogen) este format din doua quarcuri "up" şi un quark "down" (uud). Neutronul, partenerul neutru al protonului în formarea nucleelor mai grele, este format din trei quarcuri, doi quarcuri down şi un alt quarc up: udd. Astfel, sarcina protonului este u(+2/3) +u(+2/3) +d(-1/3) = +1, iar sarcina neutronului este u(+2/3) +d (-1/3) + d(-1/3) = 0, aşa cum au fost măsurate experimental.

• În 2001 au fost semnalate în experimentele de fizica energiilor înalte şi particule formate din cinci quarkuri (penta-quarkuri). Pentru că situaţia experimentală nu este foarte clară, unele teorii ar permite existenţa acestui tip de particule.

Proton compus

din 3 quarci

Cei 3 quarci invartindu-se in

proton

Structura quarcurilor

• Structura quarcurilor este un lucru despre care se vorbeşte des din punct de vedere teoretic, dar cu privire la structura fina a spinului protonului există date recente experimentale care atestă contribuţii partonice de polarizare a quarcurilor „stranii” din vidul fizic. Există mai multe propuneri pentru o eventuală structură, dar aceste propuneri se bazează mai degrabă pe considerente logice şi de bună inspiraţie, doar cu legături indirecte cu experienţele. Câteva exemple sunt modelele rishonilor, partonilor şi ale preonilor, propuse în anii 1980.

In concluzie, se poate afirma ca descoperirea quarcilor este pe de o parte, necesara pentru studierea

amanuntita a celor mai mici particule ce compun organismele vii, iar pe de alta parte, revolutionara, dar care

necesita eventuale cercetari si completari.

BIBLIOGRAFIE

• “Introducere in particulele elementare” -D.J. Griffiths (1987)

• Cambridge University: “Particule elementare”

• Revista "Elémentaire", numărul 4, noiembrie 2007

• Internet.