Заряд кварков

Чему равен заряд электрона? Цифру -1,6*10-19 кулон впервые была получена Робертом Милликеном, который измерял скорость подъема зараженных масляных капелек в электростатическом поле. Минимальный заряд, которым могла обладать капля был принят единичным. В середине, например, 60-х годов число элементарных частиц измерялось уже сотнями. Муррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг теоретически показали, что известные свойства многих элементарных частиц можно описать, предположив, что они построены из нескольких еще более крошечных частиц – кварков. Заряд кварков при этом может быть равным 2/3 или 1/3 заряда электрона. Само название частицы кварк переводится как "пустяк", "чепуха".

Заряд кварков при этом может быть равным 2/3 или 1/3 заряда электрона

Многие физики укреплялись во мнении, что кварки – это фиктивные, "математические" частицы и что в природе они существовать не могут, а теория "цветных кварков" наделяла кварки свойствами аналогичными цветам спектра. По этой теории кварки объединяются всегда так же, как можно объединить, скажем, красный, синий и желтый цвета, чтобы получить белый. Реальные частицы, соответственно, могут быть только "белыми", а "цвет" отдельных кварков мы различить не можем. Кроме этого, теоретики придумали и "очарованные" кварки.

Однако экспериментаторы не оставляли надежды разыскать когда-нибудь отдельные кварки. Это удалось сделать Вильяму Фербенку, Джорджу Перу и Артуру Хеббарду. При этом заряд кварков оказался меньше, чем заряд электрона.

Методика эксперимента повторяла опыт Милликена, но на новом техническом уровне. Масляные капельки, которые запускал между пластинами конденсатора Милликен, ученые заменили крошечными ниобиевыми шариками, масса которых была, естественно, больше. На практике это означало, что вероятность обнаружения кварков существенно выше. Ведь, по современным оценкам, среди 1012 протонов и нейтронов может встретиться один свободный кварк.

Шарик висел в поле сверхпроводящего электромагнита. Для уменьшения влияния температуры рабочая камера охлаждалась до -2600С. К пластинам конденсатора прикладывалось пульсирующее напряжение, и, если шарик обладал зарядом, он начинал колебаться в электрическом поле. Характер колебаний зависел от величины заряда. За полтора года удалось провести полтора десятка опытов, и в трех из них заряд шарика оказался меньше, чем заряд электрона, причем в точности одна треть.

Фербенк, во всяком случае, не был обескуражен. Его установка работала двадцать четыре часа в сутки, и время от времени регистрировала дробные заряды. Была установлена даже непонятная зависимость появления кварков от способа обработки ниобиевых шариков.

Инструменты