Welche Beweise gibt es für die Existenz von Quarks?

Was sind die experimentellen Beweise, die auf die Existenz von Quarks hindeuten?

Es war eine großartige Zeit für Experimentatoren im Jahr 1960, als die Existenz von Quarks erstmals vermutet wurde.

Wie wurden sie entdeckt?

Es wurde zunächst der achtfache Weg genannt, und es wurde festgestellt, dass die Fülle von Resonanzen, die in Blasenkammer- und Gegenexperimenten entdeckt wurden, eine erstaunliche Symmetrie aufwiesen, die gemäß den Darstellungen von SU(3) organisiert werden konnte . Als Beispiel sei hier das Baryon-Oktett genannt.

Es implizierte sofort die Existenz einer Substruktur zu den Baryonen, ähnlich wie die (Proton, Neutron) SU(2)-Symmetrie als Substruktur des Kerns: zwei unabhängige Vektoren, SU(2), drei unabhängige Vektoren SU(3 ).

Die von Murray Gell-Mann und Kazuhiko Nishijima entwickelte Gell-Mann-Nishijima-Formel führte 1961 zu der von Gell-Mann erfundenen achtfachen Klassifikation mit wichtigen unabhängigen Beiträgen von Yuval Ne'eman. Die Hadronen wurden in SU organisiert (3) aufgrund der starken Wechselwirkungen Multipletts, Oktetts und Dekupletts mit ungefähr der gleichen Masse darstellen; und kleinere Massenunterschiede, die mit den Flavour-Quantenzahlen verbunden sind und für die starken Wechselwirkungen unsichtbar sind. Die Gell-Mann-Okubo-Massenformel systematisierte die Quantifizierung dieser kleinen Massenunterschiede zwischen Mitgliedern eines hadronischen Multipletts, kontrolliert durch die explizite Symmetriebrechung von SU(3).

Das Spin-3⁄2 Ω− Baryon, ein Mitglied des Grundzustandsdekupletts, war eine entscheidende Vorhersage dieser Klassifizierung. Nachdem es in einem Experiment am Brookhaven National Laboratory entdeckt worden war, erhielt Gell-Mann 1969 einen Nobelpreis für Physik für seine Arbeit zum Achtfachen Weg.

Sie geben an

Ich gehe davon aus, dass ein Teilchenbeschleuniger beteiligt ist,

Kein Collider-Experiment. Das Omega-Minus wurde in einem K-Protonen-Experiment entdeckt, das K- aus dem Brookhaven-Beschleuniger.

Es war der solide Beweis für die Konsistenz des Quark-Modells, da nach seiner Vorhersage entdeckt wurde, dass es in der Symmetrie des Dekupletts fehlt.

Das erste Omega-Event in der Brookhaven Bubble Chamber

Die Theorie entwickelte sich weiter zu SU(3)xSU(2)xU(1), wobei die starke Wechselwirkung stark eintrat, und der Charme, die unteren und oberen Resonanzen wurden nach der theoretischen Vorhersage entdeckt, der Charme mit dem j/Psi im SLAC Beschleuniger im Jahr 1974.

Dann kam die Erkenntnis, dass, obwohl die QCD die Quarks und Gluonen nicht frei lassen würde, die Signatur dieser Teilchen in Jets aus gewöhnlichen Protonen, Pionen, Kaonen usw. kommen würde, wie 1978 von J.Ellis et al. vorgeschlagen .

Gegenwärtig gelten Collider-Jets als experimentelle Signatur von Quarks und Gluonen bei der Suche nach neuen Teilchen und Resonanzen.

Das Quark-Modell erklärte nicht nur die Fülle neuer Teilchen (Baryonen und Mesonen), die Mitte des 20. Jahrhunderts entdeckt wurden – es sagte auch viele neue Teilchen voraus. Natürlich entwickelten sich die Vorhersagen, als sich die Theorie entwickelte. Diese Vorhersagen, die experimentell verifiziert wurden, sind ein großer Beweis. Siehe diese Liste der Teilchenentdeckungen, insbesondere während und nach den 1960er Jahren.

Meine Antwort ist sehr kurz, daher hoffe ich, dass einige sachkundigere Leute bessere Antworten darauf geben können.

Eine direkte Beobachtung von Quarks ist nicht möglich.

Quarks sind zumindest eine großartige theoretische Konzeption, die in der Zeit der Entdeckung von Teilchen sehr nützlich ist. Wahrscheinlich könnten wir jetzt, da wir den Partikelzoo gut bevölkert haben, einige anfängliche Ideen überarbeiten. Es gibt eine Zeit zum Vorhersagen und eine Zeit zum Erklären gesammelter Daten, und wir haben viele.

Aber das Quark-Modell funktioniert definitiv. Das ist mehr als genug vom Modell, da alle Modelle in der Wissenschaft temporär sind.