Quarcurile si misterul nasterii Universului

Quarcuri-model-standard.jpeg

Quarcuri (model standard)Quarcurile sunt cele mai mici componente ale materiei, de aproximativ o mie de ori mai mici decat nucleul unui atom. Un atom (cuvant care, in limba greaca, inseamna “indivizibil”) este alcatuit din protoni (particule cu sarcina electrica pozitiva), neutroni (fara sarcina electrica) si electroni (incarcati electric negativ). Protonii si neutronii (numiti si nucleoni) formeaza nucleul atomului, in timp ce electronii se pozitioneaza ca un fel de nor in jurul nucleului. Pana in anii ’60 ai secolului trecut, s-a crezut ca nu exista alte particule mai mici decat cele mentionate anterior. In 1931, Wolfgang Ernst Pauli, un fizician austriac, laureat al Premiului Nobel, a fost primul care a postulat existenta neutrinului, o particula rezultata din descompunerea neutronului, dar dovezile au aparut mult mai tarziu, dupa nenumarate experimente, in 1956. Treptat, oamenii de stiinta, in incercarea de a realiza un model teoretic al posibilelor particule subatomice, au ajuns la concluzia ca mai exista si alte componente ale atomului, mult mai mici, pe care le-au denumit leptoni, bosoni, hadroni si quarcuri. “Leptoni” este termenul generic pentru electroni si neutrini, “bosonii” sunt particule fara masa, cu o miscare de rotatie completa in jurul axei proprii, iar “hadronii” sunt particule cu o masa superioara sau egala cu cea a protonilor, fiind formati, la randul lor, din quarcuri.

Ideea existentei quarcurilor ii apartine fizicianului american Murray Gell-Mann, iar denumirea (quarc) i-a fost inspirata, in mod surprinzator, de o replica a unui personaj din romanul “Veghea lui Finnegan”, apartinand scriitorului irlandez James Joyce, in care aparea acest cuvant (“Three Quarks for Mister Mark!), fara a avea o anume semnificatie. Gell-Mann, rasfoind volumul, tocmai in perioada in care cauta o denumire pentru particulele pe care intentiona sa le supuna atentiei oamenilor de stiinta, a dat peste acest cuvant, i s-a parut ca “suna” bine si l-a adoptat. In 1969, “quarcurile” i-au adus Premiul Nobel pentru fizica.Murray Gell-Mann- descoperitorul quarcurilor

In anii urmatori, alti cercetatori au reusit sa demonstreze existenta quarcurilor, prin bombardarea cu electroni a protonilor. Un rol esential, in acest sens, l-au avut fizicienii de la Universitatea Stanford (SUA), care au construit un accelerator de particule – SLAC (Stanford linear accelerator) – de trei kilometri lungime, cu ajutorul caruia au putut sa detecteze, in interiorul protonilor, niste minuscule structuri dure – quarcurile.

In prezent, se stie ca exista sase quarcuri, denumite, in lumea stiintifica, prin termenii englezesti “up” (sus), “down” (jos), “strange” (ciudat), “charmed” (farmec), “beauty” (frumos) si “top”/”truth” (adevar) – adica u,d,s,c,b,t. Principala caracteristica a quarcurilor este ca nu pot fi libere, ci doar grupate cate trei, formand nucleoni. De asemenea, s-au putut observa si perechi de quarc si anti-quarc (cu sarcina electrica negativa), asa cum se presupune, in modelul cosmologic standard, ca la inceputurile absolute ale lumii, fiecarei particule de materie i-a corespuns una de antimaterie (“particula lui Dumnezeu”).Quarcuri

Quarcurile au incarcatura electrica si sunt legate intre ele printr-o forta similara celei care tine Universul unit si care functioneaza ca un “elastic” – cu cat quarcurile sunt mai indepartate, cu atat intensitatea fortei este mai mare (adica invers decat in cazul gravitatiei). Urmarea este ca atunci cand sunt foarte apropiate, quarcurile se comporta ca si cum ar fi libere, pentru ca forta de coeziune scade spre zero. Fizicienii numesc aceasta caracteristica “libertate asimptotica”.

In 2004, un alt Premiul Nobel pentru fizica a fost acordat lui David Politzer, David Gross si Franc Wilczek, trei americani care, inca din 1970, descrisesera “libertatea asimptotica” a acestor particule. Mai mult, ei au atribuit cate o “culoare” diferitelor tipuri de quarc – rosu, albastru si verde. Culorile au, desigur, o valoare simbolica si corespund unei treimi de incarcatura electrica. Dand culoare acestei incarcaturi, se exprima faptul ca, pentru a-si indeplini rolul, in structura atomului, quarcurile trebuie sa se asocieze in grupuri de cate trei. Astfel, pentru a obtine un nucleon “alb” (incarcatura zero), trebuie sa existe laolalta un quarc rosu, unul albastru si unul verde. O astfel de descriere (conventionala, deoarece nu exista, in felul acesta, in realitate) se numeste cromodinamica cuantica.Quarcuri in structura unui proton

In pofida spectaculoaselor descoperiri care s-au facut pana acum in legatura cu structura materiei, savantii mai au inca multe enigme de dezlegat. Nici modelul standard al quarcurilor nu este definitivat. Experimentele de la CERN (The European Organization for Nuclear Research), Geneva, ca si cercetarile astronomilor, bazate pe observatiile supernovelor si pe masuratorile concentratiei de deuterium in Univers, releva ca exista, intr-adevar, sase tipuri de quarcuri, dar nimeni nu poate explica originea acestui numar al particulelor elementare, subatomice. Mai mult,  quarcurile au putut fi puse in evidenta numai in acceleratoarele de particule, desi ele se afla peste tot, in Univers, inclusiv in vid. Vidul cuantic nu este “golul” absolut, este o stare de energii potentiale in care se afla totul si care genereaza totul – materia (implicit atomii), galaxiile, fiintele, constiinta. Acceleratoarele de particule nu fac decat sa concentreze o mare cantitate de energie, intr-un volum foarte mic si sa provoace, in acest fel, o fluctuatie de forte suficienta pentru a se putea materializa (in vid) o pereche de particula-antiparticula (de exemplu, positron – electron), instabila, in mod obisnuit. Pentru a extrage, in aceste conditii, un quarc, din vid, energia necesara este enorma.

Ceea ce face un accelerator de particule este, prin urmare, sa incerce sa reconstituie starea Universului primordial, de dinainte de “Big Bang”, univers care, probabil, spun oamenii de stiinta, nu continea decat particule elementare – o “plasma” de quarcuri, care, sub impulsul unei energii uriase, a prins contur. Demonstrarea acestei teorii este, insa, doar la inceput de drum.

S-ar putea sa-ți placă:

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicată. Câmpurile marcate cu *, sunt obligatorii.

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Current day month ye@r *