Дакле, постоје ствари које се називају кварковима. (Знам, волео бих да имају боље име, али нисам задужен за називање ствари из физике.) Кваркови су малене ситне честице (мало ћемо доћи до тачно малих делова) који су темељни градивни блокови материје. Колико знамо, сами кваркови нису направљени од ничега мањег. То ће се можда промијенити у будућности како сазнајемо више, али за сада је довољно добро.
Постоји шест врста кваркова, сваки са различитим, али подједнако чудним именима: горе, доле, горе, одоздо, чудно и шарм. И упркос свом имену, најчуднији од сектуплета заправо је врх кварка.
Идемо копати дубоко.
Наопаки свет
Далеко, најчешћи кваркови на које ћете наилазити су горњи и доњи. Они су они који се спајају у троструке да би формирали протоне (два успона и падова) и неутроне (два пада и успона). Да би формирали познати позитивни набој протона и неутрални набој на неутрону, кварковима су потребни фракциони набоји. Знам, то звучи чудно, али то је само зато што ми мисао да је набој протона и електрона био темељни. Испада да смо грешили. Горњи кварк има накнаду од плус две трећине, док доњи кварк сједи на минус једну трећину.
Оно што још више збуњује код кваркова је да су изненађујуће лагани. Кварк горе је само 0,2 процената масе протона, док је његов партнер доњи кварк само око 0,5 процената масе протона. Па како ове мизерне честице могу сакупити масу огромног протона?
Одговор је сила која повезује кваркове заједно: јака нуклеарна сила. Ова веза између кваркова је снажно јака - рукује природном електричном одбијању сличних набоја. А пошто је енергија иста ствар као и маса (хвала, Ајнштајне!), Маса протона је заиста последица лепила, а не самих кваркова.
Живим на врху
Нису сви кваркови тако велики. Али у свету физике честица, велике су лоше вести. Бити масиван је као бити на самом врху високе, мршаве планине. Наравно, погледи су сјајни, али сваки налет ветра ће вас послати да се спустите у стабилнији положај. А стабилност значи мало - ако сте масивна честица која трпи нестабилност, брзо се налазите како се трансформишете у туш свог мањег рођака.
То значи да је живот само бестидан за кварте горе и доле. Они су најмањи; тако да иако немају сјајне погледе, немају никакву опасност да падну са егзистенцијалне литице. Следећи највећи кваркови, чудни и дражесни, ретко се налазе у било којем великом обиљу у природи. Они су толико масивни да их је тешко направити на првом месту, а чим их произведу неким егзотичним поступком, брзо пропадају у нешто друго, не остављајући за собом ништа више од сећања.
Дуго времена физичари су сматрали да постоје само ова четири кварка - горе, доле, чудно и шармско. Али почетком 70-их, почели су сумњати у другачије поступке испитујући неке ретке пропадање који укључују котоне (и опет, нисам задужен за именовање ствари. Каон је дуо чудног кварка и или горе или доле кварк) . Да би објаснили чудно пропадање које је произвело ове каоне, теоретичари су морали да нагађају о постојању новог пара кваркова, који су назвали врх и дно. Ови нови кваркови били су много, много тежи од остала четири (иначе бисмо их већ видели).
Једном када се кварк број 5 (дно) придружио клубу познатих и одмерених честица 1977. године, трка је била пронађена шеста и последња (врх). Али проблем је био у томе што нико није имао појма колико је то велика, што значи да нисмо знали како треба да направимо наше акцелераторе честица пре него што их можемо искочити. Сваке године групе широм света надограђивале су своју опрему, а сваке године долазиле су до краја, гурајући масу тадашње хипотетичке честице све више.
Тек у фебруару 1995. године, истраживачи у Фермилабу коначно су могли да покрену тврдњу о открићу врхунског кварка с масом која је нагнула вагу скоро 200 пута већу тежину од протона. Тако је: док горњи и доњи кваркови једва обављају било какав посао стварања протона, горњи кварк с лакоћом може срушити читаве атоме.
Уђите у Хигса
Горњи кварк је око 100 трилијуна пута тежи од горњег кварка. То је лепо. Али зашто? Зашто кваркови имају тако огроман распон маса?
Овде долази Хигсов бозон. Хиггсов бозон повезан је са пољем (Хиггсово поље, налик електромагнетном пољу) које прожима све простор-време, попут невидљивог лепка који пуни универзум. Остале основне честице, попут електрона и неутрина и кваркова, морају пливати кроз ово поље да би ишле из места у место. Сама чињеница да фундаменталне честице не могу занемарити Хиггсово поље је (кроз различите и разнолике математике) разлог зашто имају масу.
Ах, дакле, траг. Ако је Хигсов некако повезан са самим појмом масе, а горњи кварк је далеко и најтежи од кваркова, тада Хигсов бозон и врх кварк морају бити најбоље пријатеља.
И тако је током година, горњи кварк постао један пут ка нашем разумевању Хиггова, и нада се да ћемо даљим проучавањем самог Хигга добити неке перспективе о тајанствено великој маси горњег кварка.
Паул М. Суттер је астрофизичар у Државни универзитет у Охају, домаћин Питајте свемира и Свемирски радиои аутора Ваше место у универзуму.
