Кварки и глюоны — это строительные блоки протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, являются строительными блоками атомных ядер.

В настоящее время ученые понимают, что кварки и глюоны неделимы — их нельзя разбить на более мелкие компоненты. Это единственные фундаментальные частицы, у которых есть нечто, называемое цветовым зарядом.

Наука стала проще: что такое кварки и глюоны?

Фундаментальные частицы

Помимо положительного или отрицательного электрического заряда (как у протонов и нейтронов), у кварков и глюонов могут быть еще три состояния заряда: положительная и отрицательная краснота, зелень и синева. Эти так называемые цветовые заряды — всего лишь названия, они не связаны с реальными цветами.

Сила, соединяющая положительные и отрицательные цветовые заряды, называется сильным ядерным взаимодействием. Эта сильное ядерное взаимодействие — самая мощная сила, связанная с удерживанием материи вместе. Она намного сильнее трех других фундаментальных сил: гравитации, электромагнетизма и слабых ядерных сил. Поскольку сильная ядерная сила настолько сильна, что разделять кварки и глюоны чрезвычайно сложно. В связи с этим кварки и глюоны связаны внутри композитных частиц. Единственный способ разделить эти частицы — создать состояние материи, известное как кварк-глюонная плазма.

Наука стала проще: что такое кварки и глюоны?

В этой плазме плотность и температура настолько высоки, что протоны и нейтроны плавятся. Этот суп из кварков и глюонов пронизывал всю Вселенную до нескольких долей секунды после Большого взрыва, когда Вселенная охладилась настолько, что кварки и глюоны застыли в протонах и нейтронах.

Сегодня ученые изучают эту кварк-глюонную плазму на специальных установках, таких как Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории.

Факты  про кварки и глюоны:

  • Существует шесть различных видов кварков с широким диапазоном масс. Они называются верхний, нижний, очаровательный, странный, прелестный и истинный.
  • Кварки — единственные элементарные частицы, которые испытывают все известные силы природы и имеют дробный электрический заряд.
  • Взаимодействие между кварками и глюонами отвечает за почти всю воспринимаемую массу протонов и нейтронов, и поэтому мы получаем свою массу.

Министерства энергетики США  поддерживает исследования по взаимодействию кварков и глюонов, способам их соединения в композиционные частицы, называемые адронами, и их поведению при высокой температуре и плотности. Ученые изучают эти темы на ускорителях, таких как RHIC и установке непрерывного электронно-лучевого ускорителя (CEBAF) в Национальном ускорителе Томаса Джефферсона.

Теория, описывающая сильное ядерное взаимодействие, известная как Квантовая хромодинамика, печально известна тем, что ее трудно решить. Однако ее можно смоделировать на суперкомпьютерах, построенных и обслуживаемых на объектах МЭ. МЭ является лидером в изучении кварков и глюонов с 1960-х годов. Идея создания кварков была предложена в 1964 году, а доказательства их существования были обнаружены в экспериментах 1968 года в Стэнфордском центре линейных ускорителей (Стэнфордский центр линейных ускорителей (SLAC)). Самый тяжелый и последний обнаруженный кварк был впервые замечен на Fermilab в 1995 году.