Hardronlar neden böyle ilginç şekillere uyarlar? Cevap Gell-Mann ve Zweig tarafından (birbirinden bağımsız olarak) Verildi: Tüm hardronlar KUARK denilen daha temel bileşenlerden oluşmuştur! Kuarklar bir üçgen şekilli sekiz katlı yol oluşturan üç tip olarak vardır: Herbir kuarkın ters işaretli yük ve acayipliğe sahip bir anti kuarkı vardır: OMÜ_FEN TİP (ÇEŞNİ,flavor) YÜK ACAYİPLİK u (up, yukarı) 2/3 0 d (down, aşağı) -1/3 0 s (strange, acayip) -1/3-1
Kuark modeldeki kabuller: Her baryon üç kuarktan oluşur (her anti-baryon da üç anti kuarktan oluşur). Her mezon bir kuark ve anti kuarktan oluşur. Baryon ONLUSU Mezon DOKUZLUSU Burada 9 kombinasyon olmasına karşın, aslında sekiz parçacık vardır. Bir çok baryon ve mezonlar aynı tip kuarklardan oluşur. Peki bunları birbirinden nasıl ayırırız ve farklı isimler verebiliriz? Durum Hidrojen atomuna çok benzer. Nasıl ki bir proton ve bir elektrondan oluşan bu yapı çok sayıda farklı enerji seviyelerine sahipse, kuarkların çok sayıda farklı kombinasyonları oluşur ve bu kombinasyonlardaki enerji farkı o kadar büyüktür ki bunların herbiri farklı bir parçacık olarak ele alınır. OMÜ_FEN
Bazı kuark kombinasyonları kuark model de dışlanmıştır. Örenğin S=0 ve Q=-2 olan bir baryon veya Q=2 veya S=-3 olan bir mezon yoktur. Bu tip parçacıklara exotic parçacıklar denir ve uzun süre deneysel araştırmalar yapılmış fakat böyle parçacıklar keşfedilememiştir. Şimdiye kadar tek başına bir kuark gözlenememiştir. Neden? Bunu kuark hapsi (confinement) ile açıklamaya çalışmışlar: neden olduğu bilinmeyen bir sebepten dolayı kuarklar baryon ve mezonların içerisinde hapsolmuştur ve ne kadar zorlarsanız zorlayın onları dışarı çıkaramazsınız. Bunun anlamı, kuarkların deneysel olarak çalışılamayacağı değildir.
Kuarklar Fermiyondur (yani buçuklu spinlidir). Pauli ilkesine uymak zorunda olan kuarkların nasıl olur da baryonların içerisinde üç tane aynı çeşnisi bulunabilir? Kuarkları birbirinden ayıran başka bir kuantum durumu olmalı! RENK! Tüm kuarklar renk yükü de denilen bir özelliğe sahiptir. Renk yükü kırmızı, yeşil ve mavi dir. Kırmızı bir kuark bir birim kırmızı ve sıfır mavi ve yeşil renge sahiptir. Doğal olarak var olan tüm parçacıklar sıfır renk yüküne sahiptir. Bu da neden tek başına bir kuarkı göremediğimizi ve neden kuarkların dörtlü kombinasyonu ile bir parçacık olmadığını açıklar.
Kasım Devrimi ve Sonuçları Kasım 1974 de psi mezonun keşfinin açıklanması kasım devrimi olarak bilinir. Glashow simetrisine göre, ki bunun anlamı ne kadar lepton varsa o kadar da kuark olmalıdır, dördüncü bir kuark olmalıydı. Psi mezonu çok-çok ağır bir mezondur ve ömrü aşırı derecede uzundur (10-20 s). Psi nin dördüncü bir kuarkın bağlı durumu olduğu kabul edildi: ( cc ) Bu yeni kuark, charm (sihirli; çekici,cazibeli) kuark olarak bilinir. Yeni bir dördüncü kuark varsa başka baryon ve mezonlar da olmalıydı! Özellikle net bir sihir sayısına sahip! udc c uuc c 0 D cu ve D cd
1975 de yeni bir lepton keşfedildi: ve muhtemel nötrinosu. Bunun anlamı lepton ailesinin 6 üyeden oluşmasıdır. Peki o zaman neden 4 kuark olsun ki? 1977 de yeni bir ağır mezon keşfedildi ki bunun anlamı 5. kuark da bulunmuştu: b (güzel veya alt; beautiful or bottom). Peki 6. kuark nerede? O da 1994 de kesin olarak deneysel varlığı ispatlandı: t (üst veya gerçek; top or truth).
Ara Vektör Bozonları (1983) Kuantum alan teorisine göre her bir kuvvetin alan parçacığı vardır. Peki zayıf nükleer kuvvetlerinki nedir? Bunlara ara vektör bozonları denilir. Glashow, Weinberg ve Salam ın elektro-zayıf teorisine göre ikisi yüklü (W + ve -) biri yüksüz (Z) olmak üzere üç ara vektör bozonu olmalıydı. 1983 de bu parçacıklar da keşfedildi: MW 81 5 GeV / c, 0 Z 2 M 95 3 GeV / c 2
STANDART MODEL (1978- ) Her bir kuvvet alan parçacıklarına sahiptir: Elektro magnetik kuvvetinki foton Zayıf kuvvetinkiler W ve Z bozonları Kütle-çekiminki graviton (muhtemelen) Peki güçlü kuvvetin ki?
Güçlü etkileşmede kuarklar arasında hangi parçacık değiş-tokuş edilir? GLUON! Standart modelde sekiz tane gluon vardır. Bunların herbiri renk yükü taşırlar ve aynı kuarklarda olduğu gibi tek başlarına bulunmazlar. Hardronların içerisinde veya renksiz gluon kombinasyonlarında (gluballs; gluon topları) tespit edilebilirler. Derin inelastik saçılma deneyleri protonun momentumunun yarısının nötr bileşenler (muhtemelen gluonlar) tarafından taşındığını göstermiştir.