Yng nghanol yr 20fed ganrif, dechreuodd gwyddonwyr ddeall nad yw gronynnau elfennol - proton a niwtron mor syml. Maent nid yn unig yn cynnwys mwy o "frics", ond mae rhyngweithiadau cymhleth cyson o ronynnau sylfaenol yn dal i ddigwydd ynddynt. Felly, yn ôl canlyniadau astudiaethau o'r strwythur proton yn y 1960au, mae'n ymddangos ei fod yn cynnwys tair cydran, a elwir yn ddiweddarach quarks.
Roedd y model cychwynnol yn golygu bod yn y proton - tri chwart: dwy uchaf ac un yn is. Defnyddir epithets uchder cymharol gan ffisegwyr trosiadol, maent ond yn helpu i wneud y termau yn haws ac ychydig yn gliriach. Roedd y model symlach hwn (felly yn cael ei alw'n awr - "naïf") gyda thri quark yn Proton wedi helpu i esbonio llawer o effeithiau a arsylwyd yn ystod arbrofion. Ond nid pob un.
Yn ddiweddarach, roedd yn bosibl i sefydlu mai presenoldeb dim ond tri quark oedd yn disgrifio'r strwythur proton. Os yn fyr, dangosodd cyfres o arbrofion mewn gwrthdrawiadau anelastig iawn o'r gronynnau hyn fod popeth yn fwy cymhleth. Yn y proton mae tri quark "prif" (dau uchaf ac un yn is), yn ogystal â llawer o gyplau quark hynafiaeth, sy'n digwydd yn gyson ac yn dadrewi. Hynny yw, mewn gwirionedd, mae niwcleon positif yn "cawl" o ronynnau sylfaenol sy'n rhyngweithio yn tanseiliol.
Ond yn yr achos hwn, cododd y broblem: pam ym mhob eiliad o amser tri quarks y tu mewn i'r proton nid oes pâr ar ffurf hynafiaid? Mae hyn yn gwrthddweud llawer o gyfrifiadau damcaniaethol ac mae'n edrych yn hynod annaturiol o ran ffiseg. A dweud y gwir, y cwestiwn uchod yw hanfod anghymesuredd sylfaenol y proton.
A hyd yn oed heb ei ganiatâd, roedd yn dal i fod yn angenrheidiol i egluro strwythur niwcleon cadarnhaol, a oedd yn cymryd rhan yn y 1990au hwyr y Cydweithrediad Nosea (E866) ar sail y Labordy Cyflymiad Cenedlaethol o Enrico Fermi (Fermilab) yn yr Unol Daleithiau Gwladwriaethau. Roedd ffiseg yn wynebu protonau gorlawn wedi'u gor-gloi i egni uchel ac olion a gofnodwyd o ddigwyddiadau o'r fath. Yna, roedd yn bosibl cadarnhau'r anghymesuredd o ddosbarthiad cwarciau mewn protonau am ystod gymharol gul gan quarks o curiadau'r gronyn "mamol". Ac ar sail y data hwn, gwnaed un pell a gadawyd y credadwy, ond yn dal i beidio â chadarnhau gan bron rhagolwg: mewn ystodau eraill, bydd y pwls proton, anghymesuredd, a wisgodd gan quarks, yn diflannu.
Mae datganiad beiddgar yn ysgwyd y gymuned wyddonol, ond roedd yn edrych yn eithaf rhesymol. Felly bu'n rhaid i nifer o fodelau a weithiwyd yn flaenorol daflu a gwneud creu rhai newydd. Yn ffodus, hanfod y dull gwyddonol o wybodaeth yw gwirio'r canlyniadau yn gyson. Felly, yn eithaf diweddar, mae arbrawf newydd ar y capasiti i gyd yr un fath Fermilab. Ac fe gywirodd y cydweithwyr yn ddifrifol fwy nag 20 mlynedd yn ôl.
Mae canlyniadau'r profiad hwn yn gyhoeddiad yn y cylchgrawn a adolygwyd gan gymheiriaid, y mae tîm rhyngwladol mawr o ffisegwyr wedi ei baratoi. Fe'i mynychwyd gan arbenigwyr o'r Sefydliadau Ymchwil Technolegol Americanaidd, Taiwan, Israel a Siapaneaidd, yn ogystal â labordai ffisegol mwyaf yr Unol Daleithiau a Japan. Casglwyd y prif arae data yn y cyflymydd Fermilab yn yr arbrawf e-906 / Seaquest.
Pan fydd dau broton yn gwrthdaro ag egni digon uchel, mae cwarciau ynddynt yn rhyngweithio â'i gilydd. Neu yn hytrach, mae'r quark o un proton yn annirhilion gyda gwrth-arfordir arall neu i'r gwrthwyneb. Yn syml, "cawl" yn cael eu cymysgu. Bydd y cynnyrch o ddinistrio o'r fath yn rhithwir (hynny yw, ni ellir ei ganfod yn uniongyrchol) Ffoton neu Z-Boson, a fydd bron yn syth yn torri i mewn i ychydig o fonons a godir gyferbyn. Trwy ddal y gronynnau hyn gyda synwyryddion, mae gwyddonwyr yn barnu nodweddion rhyngweithio quarks.
Ar gyfer yr arbrawf, criw o brotonau gydag egni o 120 gigaeelectronvolt (nid cofnod, ond yn llawer), wedi'i anelu at darged hydrogen hylif a deuterium (maent yn cynnwys yn bennaf o brotonau). I drwsio dim ond mas a hidlo unrhyw gronyn arall yn gwrthdaro â chynhyrchion, rhwng y targed a'r synwyryddion yn gosod wal haearn pum metr. Roedd y canlyniadau'n drawiadol: roedd y anghymesuredd a ddisgrifiwyd ychydig yn uwch yn cael ei gadw am quarks, gan gyflawni 10% yn fwy pwls o'r gronyn isatomig cyfan.
Wrth gwrs, nid yw hwn yn chwyldro uchel mewn ffiseg, ond cadarnhad arbrofol difrifol o nifer o ddamcaniaethau a chais am addasu eraill. Un ffordd neu'i gilydd, mae gwyddonwyr hyd yn oed yn ehangu ymhellach y ddealltwriaeth o'r strwythur proton. A bydd hyn yn dod â'i ffrwythau ymhellach mewn gwahanol feysydd gwyddoniaeth a thechnoleg: o gosmoleg gyda seryddiaeth a ffiseg i gemeg, meddygaeth a gwyddoniaeth deunyddiau.
Ffynhonnell: Gwyddoniaeth noeth