Transcript 15.11 ควาร์ก (quark)

15.11 ควาร์ ก (quark)
ควาร์ ก
โปรตอน
ในปี พ.ศ. 2507 นักฟิ สิ กส์ 2 คน คือ
Murry Gell-mann และ George Zwieg
ได้ทดลองสังเกตและค้นพบว่า อนุภาคส่ วนใหญ่ใน
ธรรมชาติน้ นั จะประกอบขึ้นมาจากอนุภาคย่อยที่
เรี ยกว่า ควาร์ ก (quark)
 ในปั จจุบน
ั มีการค้นพบควาร์กทั้งหมด 6 ชนิด ได้แก่

up, down, charm, strange, top, bottom
ควาร์กแต่ละชนิดจะมีลกั ษณะแตกต่างกัน
โดยเฉพาะอย่างยิง่ ประจุไฟฟ้ า
Murry Gell-mann
หากกาหนดให้ ค่าประจุไฟฟ้าของโปรตอน เป็ น +1 และค่ าประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนเป็ น -1
ค่ าประจุไฟฟ้าของควาร์ กทั้ง 6 ชนิด จะมีค่าดังตารางค่ าประจุของควาร์ ก
ชนิดของควาร์ ก
สั ญลักษณ์
ประจุไฟฟ้ า
Up
Down
u
d
+2/3
-1/3
Charm
Strange
Top
Bottom
c
s
t
b
+2/3
-1/3
+2/3
-1/3

โดยปกติเราจะไม่พบควาร์กอิสระตามธรรมชาติ แต่มนั จะรวมตัวกันเป็ นกลุ่ม
โดยมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่ง ทาหน้าที่เป็ นกาวเชื่อมให้ควาร์กเหล่านั้นติดกัน เรี ยก
อนุภาคที่ทาหน้าที่ยดึ ติดควาร์กเข้าด้วยกันนี้วา่ กลูออน(gluon) ทฤษฏีที่
อธิบายอันตรกิริยา (interaction) ระหว่างควาร์กและกลูออน เรี ยกว่า
quantum chromodynamics หรื อQCD ซึ่งคาว่า
“chromo” นั้นเป็ นภาษาละติน แปลว่า สี ทั้งนี้เนื่องจากทฤษฎีกล่าวถึงสมบัติ
พิเศษอย่างหนึ่งของควาร์กที่เรี ยกว่า สี


สี ในที่น้ ีไม่ใช่สีที่เราสามารถรับรู ้ได้จากประสาทสัมผัสทางตา แต่เป็ นชื่อเรี ยก
ประจุทางแรงนิวเคลียร์แบบเข้มของควาร์ก ซึ่งมี 3 ชนิด ได้แก่ แดง นา้ เงิน และ
เขียว ส่ วนประจุไฟฟ้ ามี 2 ชนิด คือ บวก และลบ ถ้าเอาประจุทางแรงนิวเคลียร์
แบบเข้ม ชนิดแดง นา้ เงิน และเขียว มารวมกันจะไม่ มีสี ในทานองเดียวกันถ้า
นาเอาประจุไฟฟ้ าบวกและลบมารวมกันจะมีประจุไฟฟ้าลัพธ์ เป็ นศูนย์
กฎธรรมชาติของแรงนิวเคลียร์ แบบเข้ ม คือ สภาวะทีเ่ สถียรต้ องมีประจุไม่ มีสี
ดังนั้นควาร์กที่มีสีต่างกันจึงต้ องรวมตัวกันเพือ่ เป็ นอนุภาคทีไ่ ม่ มีสี เช่น ควาร์กที่
มีประจุสีแดงต้องรวมกับควาร์ก 2 ตัว ที่มีประจุสีน้ าเงิน เช่น โปรตอน และ
นิวตรอน เป็ นต้น อนุภาคที่ประกอบขึ้นจากควาร์ก 3 ตัว ตามหลักการนี้ จะ
เรี ยกว่าเป็ นอนุภาคชนิด แบรีออน (baryons)
U
U
สภาวะที่เสถียร
ประจุไม่ มีสี
+1
d
ส่ วนประกอบของโปรตอน ประจุ +1
U
= “up” quark
+2/3
U
= “up” quark
+2/3
d
= “down” quark
-1/3
กลูออน
2 2 1 2  2 1 3
   
  1
3 3 3
3
3
U
d
สภาวะที่เสถียร
ประจุไม่ มีสี
O
d
ส่ วนประกอบของนิวตรอน ประจุ o
U
= “up” quark
+2/3
d
= “down” quark
-1/3
d
= “down” quark
-1/3
กลูออน
2 1 1 2 1 1 0
   
 0
3 3 3
3
3


นอกจากควาร์กแล้ว ยังมีอนุภาคมูลฐานที่ไม่มีสีที่เรี ยกว่า เลปตอน(leptons)
เช่น อิเล็กตรอน เป็ นต้น
หากพิจารณาเปรี ยบเทียบมวลและประจุของอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน จะ
เป็ นดังตารางต่อไปนี้
ชนิดของอนุภาค
อิเล็กตรอน
โปรตอน
นิวตรอน
สั ญลักษณ์
มวล
ประจุไฟฟ้ า
E
me
(9.1092 x 10-31 กิโลกรัม)
-e
(-1.602 x 10-19 c)
P
1,836.15 me
(1.6726 x 10-27 กิโลกรัม)
+e
(+1.602 x 10-19 c)
n
1,838.68 me
(1.6749 x 10-27 กิโลกรัม)
o
ทดสอบความเข้ าใจ
คาถาม
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
ในปัจจุบนั มีการค้นพบควาร์กกี่ชนิด มี
อะไรบ้าง
ควาร์กชนิดไหนที่มีประจุเป็ น +2/3
ควาร์กชนิดไหนที่มีประจุเป็ น -1/3
ควาร์กสามารถพบในธรรมชาติหรื อไม่
อนุภาคที่คล้ายกาวเชื่อมควาร์กเข้าด้วยกัน
คืออนุภาคใด
การรวมตัวกันของควาร์กทาให้เกิดอนุภาค
ใหม่ข้ ึนมา เช่น...
สมบัติของควาร์กอีกประการหนึ่งเรี ยกว่า..
ประจุทางแรงนิวเคลียร์แบบเข้มมีกี่ชนิด
อะไรบ้าง
คาตอบ
1. 6 ชนิ ด คือ up,
down, top,
bottom, strange, charm
2. charm, top, up
3. bottom,
strange, down
4. ไม่พบ พบแต่ในห้องปฏิบต
ั ิการทดลอง
5. กูลออน
6. โปรตอน นิ วตรอน เป็ นต้น
7. สี (color) ชื่อเรี ยกประจุทางแรงนิ วเคลียร์
8.
3 ชนิด ได้แก่ สี แดง สี เขียว สี น้ าเงิน
9.
U
U
สภาวะที่เสถียร
ประจุไม่ มีสี
+1
d
ส่ วนประกอบของโปรตอน ประจุ +1
U
= … quark มีประจุ...........
U
= … quark มีประจุ...........
d
= … quark มีประจุ...........
กลูออน
จงเติมคาตอบในช่องว่าง
10.
U
d
สภาวะที่เสถียร
ประจุไม่ มีสี
O
d
ส่ วนประกอบของนิวตรอน ประจุ o
U
= … quark มีประจุ...........
d
= … quark มีประจุ...........
d
= … quark มีประจุ...........
กลูออน
จงเติมคาตอบในช่องว่าง
วีดโี อควาร์ ก (quarks)