Aceasta a fost o veste bună pentru oamenii de știință care încercaseră să simplifice ceea ce ajunsese să fie cunoscut ca o ”grădină zoologică” de particule. În prima parte a deceniului, doi fizicieni diferiți, George Zweig și Murray Gell-Man, au speculat pentru prima dată că particulele nu erau elementare, ci erau alcătuite din particule diferite care purtau fie o treime, fie două treimi din sarcina uneia dintre particule. Amândoi au venit cu ideea a trei particule elementare foarte elementare care ar fi alcătuit multe dintre particulele care au proliferat atât de profund în fizică. Zweig a numit aceste particule ”ași”. Gell-Man le-a numit ”quarci”, după o lectură a cărții Finnegans Wake a lui James Joyce și a poemului fără sens ”Trei quarci pentru Muster Mark”.”

Această nouă teorie a funcționat foarte bine în explicarea sarcinii, a spinului și a masei. A ajutat la punerea în context a numeroaselor particule subatomice diferite. În loc de un număr derutant de particule elementare cu proprietăți diferite, existau doar trei, a căror combinație constituia varietatea de particule pe care oamenii de știință o descoperiseră. A fost un pic ca și realizarea faptului că numeroasele substanțe din lume puteau fi înțelese ca combinații ale unui număr relativ mic de atomi. Două combinații diferite de quarci puteau forma un proton sau un neutron, la fel cum două combinații diferite de atomi de hidrogen și oxigen puteau forma o apă sau un acid. Singura problemă era că nimeni nu avea nicio dovadă a existenței quarcurilor – până când ceva în interiorul protonilor a început să facă electronii să se îndepărteze în direcții aleatorii. Când electronii s-au împrăștiat, teoria aparent superfluă a fost confirmată.

În decursul următoarelor câteva decenii, mai mulți quarci au fost adăugați la sistemul simplificat, aducând numărul de quarci până la șase. Oamenii au aflat de ce nu găsisem niciun quarc pe cont propriu. Forța care îi atrage împreună în perechi sau în trei devine mai puternică pe măsură ce se îndepărtează unul de celălalt, ca o bandă elastică. Numai evenimentele cu energie incredibil de mare le pot separa chiar și pentru o perioadă scurtă de timp. De asemenea, quarcii își pot schimba „aroma”. Deși până în prezent nimeni nu a „văzut” vreodată un quarc de unul singur, rezultatele experimentale și proprietățile observate ale particulelor se potrivesc atât de perfect cu teoria existenței lor și nu se potrivesc la fel de bine cu nicio altă teorie, încât oamenii de știință sunt convinși de existența lor. Ele explică prea multe lucruri prea bine ca să nu existe undeva acolo.

Culoarea și aromele

Numele de „quarc” provine dintr-un poem fără sens, ceea ce este corect – dar o privire rapidă asupra unui rezumat al proprietăților lor face să pară că nonsensul nu se termină la nume. Ei vin în ”arome”, ceea ce, din moment ce nu pot fi gustate, nu înseamnă nimic. Au culori, iar studiul lor se numește cromodinamică cuantică, dar este clar că nu au nicio culoare pe care să o putem vedea cu adevărat. Care sunt aceste proprietăți ciudate și de ce trebuie să fie numite în proprietăți pe care nu le au?

După cum am mai spus, quarcii nu se găsesc singuri. Ei umblă în perechi, iar anumite perechi fac întotdeauna echipă. Perechile sunt după cum urmează: sus și jos, farmec și ciudat, sus și jos. Primul quarc menționat în fiecare dintre aceste perechi are o sarcină de două treimi din unitatea de sarcină a unui proton. Al doilea quarc din fiecare pereche are o sarcină de o treime negativă. În teoria originală, doi quarci up și un quarc down se adună pentru a forma o sarcină de o unitate pozitivă – sau un proton. Două downs și un up au sarcini care se adună la zero și formează neutroni. Dar dacă trei quarci au sarcini pozitive de două treimi și trei quarci au sarcini negative de o treime, atunci de ce nu sunt doar doi quarci în total? Care este diferența? Fiecare dintre quarci are doar mase ușor diferite. Acesta este motivul pentru care s-a constatat că protonii și neutronii, atunci când au fost studiați, au mase ușor diferite. Combinația diferită de quarcuri le-a dat o masă diferită. Această combinație de sarcină și masă, precum și alte câteva calități mai ezoterice, alcătuiesc ”aroma” fiecărui quarc. Cât despre motivul pentru care nu pot fi numite pur și simplu ”tipuri” – poate ar trebui să-l întrebăm pe James Joyce.

Culoarea este o altă întorsătură a quarcilor. Ele sunt o combinație între necesitatea teoretică și dovezile experimentale. Quarcii sunt strânși împreună într-un spațiu foarte mic, iar principiul de excludere Pauli afirmă că nu pot exista două particule în aceeași stare în același timp. Doi quarci up nu ar trebui să poată sta în același proton. Ceva trebuia să fie diferit. Au apărut ”culorile” quarcilor. În fiecare aromă există quarci albaștri, roșii și verzi. Aceștia se unesc pentru a forma particule incolore – în mod analog cu modul în care mai multe lumini colorate diferite se amestecă pentru a forma o lumină albă incoloră. Acest lucru ar fi putut fi considerat doar un factor de fudulie pentru fizică, dar coliziunile experimentale ale electronilor și antiprotonilor au indicat că există de trei ori mai multe tipuri de quarcuri decât ar exista pe baza exclusivă a ”aromelor”.

În final, quarcii sunt atât de misterioși deoarece proprietățile lor nu seamănă deloc cu ceea ce experimentăm în lumea macro și, cu toate acestea, sunt numiți după proprietăți cu care suntem perfect familiarizați. Traducerea între o culoare așa cum o vedem noi și o culoare, ca într-un mod de a fi dictat de rezultatele matematice și experimentale, este dezorientantă. Cel mai bun mod de a înțelege quarcurile este să înțelegem că, mai degrabă decât să fie exotice, ele servesc ca modalitate de organizare și simplificare a lumii subatomice tentaculare. Ei sunt un fel de tabel periodic al elementelor – pentru elemente. Vor găsi oamenii de știință ceva mai mic? Cine știe, dar dacă o vor face, să sperăm că îi vor da un nume după ceva din Jabberwocky. Mi-ar plăcea să văd un curs de fizică despre „mome raths.”

Imaginea de sus: Yarnalgo
Imaginea particulelor: Io9
Tablou de quarci: MissMJ

Via NASA de două ori, Hyperphysics de trei ori, Particle Adventure, și Duke.

.