5.9 משפחת הקוורקים

דף הבית ／ פרק 5: חלקיקים מיקרוסקופיים

תקציר במשפט אחד:
בתיאור האינטואיטיבי של תורת סיבי האנרגיה, קוורק איננו נקודה אלא יחידה פתוחה composta מגרעין סיבי זעיר ותעלת צבע חיצונית שחייבת להתחבר לגורמים אחרים כדי לסגור את מאזן האנרגיה הכולל. לכן רק צירופים חסרי צבע מתקיימים לאורך זמן, וקוורק בודד איננו ניתן לבידוד בקנה מידה מקרוסקופי. להלן נשתמש בשם תורת סיבי האנרגיה בלבד.

I. התמונה הפיזיקלית המזערית: גרעין סיבי ועוד תעלת צבע
שלוש צבעים פירושם שלוש תעלות הניתנות להחלפה

• גרעין סיבי
  קשר קצר ומהודק במיוחד של סיב אנרגיה בתוך ים האנרגיה. הגרעין קובע את כיראליות החלקיק, תורם לחלק מן הספין ולעלות ההחזקה העצמית שהיא האינרציה האפקטיבית. הבדלי הטעם בין קוורקים מתפרשים כהבדלי דרגת הליפוף וסוגי המופע.
• תעלת צבע
  אין מדובר בצינור חומרי חלול ואיננה סיב נוסף. זו מסילה של כליאה במתח גבוה המתעוררת בים האנרגיה דרך הקצה הצבעי של הגרעין, שהיא דרך בעלת עכבה נמוכה יותר. המושג צבע מציין שלוש תעלות כיווניות בלתי תלויות הניתנות להחלפה.
  כיווניות לצורך כליאה
  כאשר צירוף בוחר כיוונים שסכום הווקטורים שלהם הוא אפס מתקבלת חסרות צבע, השדה הרחוק נסגר והמבנה מתייצב.
• מפתח קריאה
  תעלת הצבע איננה דופן חומרית אלא רצועה מרחבית הנשלפת מעם ים האנרגיה באמצעות מנגנון של מתח וכיוון. גלואון הוא חבילת גל של מופע ואנרגיה הנעה לאורך הרצועה, אירוע מקומי של החלפה או קישור־מחדש, ולא כדורית זעירה.

II. כליאה מוחשית: מדוע לא רואים קוורק בודד

דמיינו שני קוורקים הנמשכים זה מזה ומקושרים במסילה אחת במתח גבוה.

• ככל שמושכים רחוק יותר עולה החשבון האנרגטי כמעט בקו ישר עם המרחק
• היציאה המשתלמת יותר מתרחשת כאשר המתח עובר סף, ים האנרגיה מתקשר מחדש באמצע ונוצרת זוגיות של קוורק ואנטי־קוורק. כך נחתכת המסילה הארוכה לשתי מסילות קצרות שכל אחת נסגרת למזון.

תוצאה
במדידות נצפות עפלות סילוניות ומעין גשם של מזונים, ולא שליפה של קוורק יחיד.

III. כיצד ההדרונים נסגרים: מזונים, בריונים וסגירה בצורת « Y »

• מזון
  תעלת צבע כמעט ישרה מחברת בין שני גרעינים, והצירוף כולו חסר צבע.
• בריון
  שלוש תעלות צבע מתכנסות לקשר מרחבי בצורת « Y », תצורה חסכונית יותר אנרגטית מאשר היקף משולש. סכום שלושת הכיוונים הוא אפס ולכן הצירוף נסגר.
• החלפת גלואונים
  חבילות גל של מופע או של שטף נעות בתעלות ומעבירות תפוסה בין שלוש הזרועות. הדבר מתבטא כהחלפת צבע.

IV. אינטואיציית טעם: דרגת ליפוף וזמן חיים

• דרגת ליפוף או מוד גבוהים יותר גוררים עלות גרעון גבוהה יותר, מסת־יעד אפקטיבית גדולה יותר וזמן חיים קצר יותר, עם נטייה להתפרק למודים נמוכים
• הקוורק העליון כבד מאוד ומתפרק במהירות רבה בדרך כלל לפני שמספיק להדרון, בהתאם לתצפיות

V. מסה, מטען חשמלי וספין: מאין מגיעים רכיבי המאזן

• מסה
  שני פנקסים מתאחדים לאחד. האחד הוא אנרגיית־העצמי של הגרעין הסיבי הנקבעת מעקמומיות ומפיתול. השני הוא אנרגיית המתח של המסילה שהיא מלאי האנרגיה השמור בתעלה. כך מקבל בשר המשפט שלפיו עיקר מסת הפרוטון מקורה בו־בכוח החזק, מפני שתשלום המתח במסילות הדקיקות גובר בהרבה על המסה העירומה של הקוורקים.
• מטען חשמלי
  הופעה אלקטרומגנטית נוצרת מקיטוב כיווני בסמוך לגרעין. חלק מתקציב הכיוון נתפס בידי תעלת הצבע ולכן בהיטל האלקטרומגנטי נותרים יחידות שבר. בקוורק מן הסוג העליון נשמרת יחידת שני שלישים, ובסוג התחתון שליש מינוס. הערכים נשארים ערכי התקן המקובלים וההסבר כאן אינו משנה מספרים אלא מספק הנמקה חומרית.
• ספין
  הסכום נבנה מסיבוב הגרעין יחד עם גלי טורשה ותנע זוויתי של גלואונים בתוך התעלות. בהדרונים שונים מתחלק החשבון אחרת, דבר המספק קריאה אינטואיטיבית לנתוני פירוק הספין שכן ספין הקוורקים הוא רק חלק מן הכלל.

VI. התנהגות על פני סולמות: חופש אסימפטוטי בקרבה וכליאה חזקה בריחוק

• קרבה רבה
  כאשר הגרעינים מתקרבים חתך התעלה האפקטיבי מתרחב והעכבה קטנה. ההחלפות דומות יותר למנהרת פס רחב ולכן הקוורקים נראים חופשיים יותר. זו תופעת החופש האסימפטוטי ברמת « Q² » גבוהה.
• מתיחה לריחוק
  התעלה נעשית דקה ומתוחה, והאנרגיה גדלה כמעט ביחס ישר למרחק. המערכת נוטה להינתק וליצור זוגות ולשוב לצורות סגורות חסרות צבע. זהו משטר הכליאה ברמת « Q² » נמוכה.

רעיון ליבה
חופש אסימפטוטי וכליאה הם שני צדדים של אותה הנהלת חשבונות אנרגטית.

VII. גשר למודל הסטנדרטי ולא עימות

• שלוש צבעים מקבילים לשלוש תעלות כיווניות בעלות גיאומטריה נראית
• גלואונים הם חבילות גל של מופע או של שטף הנעות בתעלות ומוסרות תפוסה, לא כדוריות זעירות
• כליאה ועפלות סילוניות תואמות גדילה קווית של אנרגיה עם מרחק וזוגיות הנוצרת מקישור־מחדש
• מבנה פנימי של הדרונים כולל מזון הסוגר מסילה ישרה ובריון הסוגר קשר בצורת « Y »
• עיקר המסה מן הכוח החזק נובע ממתח התעלות ומאנרגיית־העצמי של הגרעין הסיבי
• מטעני שבר מתקבלים מהיטל אלקטרומגנטי לאחר הבאה בחשבון של תפוסת תעלת הצבע בקיטוב השדה הקרוב
• היעדר הדרון לקוורק העליון נובע מזמן גרעון ארוך מזמן ההתפרקות

VIII. תנאי שפה ומסגרת בקיצור ובהלימה לנתונים קיימים

• בפיזור לא־אלסטי עמוק ובתחומי « Q² » גבוהים התמונה מתכנסת לתיאור פרטונים ואיננה משנה את פונקציות ההתפלגות של פרטונים ואף לא את חוקי הסקלה המוכרים
• עקיבות אלקטרומגנטית נשמרת, המטענים נותרים שני שלישים ושליש בסימנים המתאימים, ומקדמי הצורה ותלותם באנרגיה עולים יפה עם המדידות
• בספקטרוסקופיה ובהדרון נשמרת התאמה לספקטרי תהודה, לטופולוגיות עפלות ולפונקציות פרגמנטציה בלי הופעת פסים חדשים שלא נצפו
• נשמרים בקפדנות צבע, טעם, אנרגיה, תנע, תנע זוויתי ומספר בריוני, ואין תופעה של תוצאה הקודמת לסיבה או מרוץ בלתי נשלט
• ההמחשה הלשונית איננה החלפת מספרים, מושגים כמתעלה, חבילת גל וקשר בצורת « Y » משמשים סיוע אינטואיטיבי ואינם משנים פרמטרים והתאמות תקן

IX. משפט סגירה אחד

קוורק הוא גרעין סיבי קטן בתוספת תעלת צבע. תעלת הצבע היא מסילה עתירת מתח הנשלפת מתוך ים האנרגיה ונועלת כמה גרעינים לכלל חסר צבע. ככל שמושכים רחוק יותר החשבון האנרגטי מתייקר עד שקישור־מחדש יוצר זוגות והמערכת שבה להדרונים סגורים. לכן אנו רואים עפלות והדרונים ולא קוורקים בודדים, ומסה ספין ומטען שברי מקבלים מקום ברור על אותה מפה מוחשית.

X. תרשימים

1. יחידה של קוורק יחיד

• דגשים
  קוורק בודד הוא יחידה פתוחה הזקוקה לעגינת תעלה באחרים כדי להתייצב.
• מפתחות קריאה
  טבעת כפולה מסמנת גרעין סיבי, קשת תכלת מסמנת תעלת צבע, צהוב מציין חבילה גלואונית, מדרג אפור מייצג קערית רדודה.
• גלואון
  על התעלה יושבת חבילת גל צהובה דמוית בוטן, חבילת מופע ואנרגיה הנעה לאורך התעלה שהיא אירוע החלפה או קישור־מחדש ולא חלקיק כדורי.
• חזית מופע
  קשת מופע כחולה על הגרעין בעלת חוד מעובה מצביעה על נעילת מופע.
• עיקר
  מימין מופיע טבעת כפולה קטנה המסמנת את הגרעין שהוא מרכז נושא־עצמו בעל עובי. לשמאל נמשכת קשת תכלת שהיא תעלת צבע, רצועת כליאה מכוח מתח ולא צינור חומרי.

2. מזון

• דגשים
  מזון סוגר שני קצוות באמצעות תעלה ישרה.
• מפתחות קריאה
  טבעות כפולות בקצוות הן הגרעינים, הרצועה התכולה היא התעלה, החבילה הצהובה מייצגת החלפה גלואונית, אין חיצי חשמל עקב ניטרליות צבע.
• חזית מופע
  קשת כחולה בכל קצה וחבילת גל צהובה במרכז התעלה לסמן החלפת צבע.
• עיקר
  שני גרעינים מחוברים בתעלת צבע כמעט ישרה והצירוף כולו חסר צבע.

3. בריון
   שלושה קוורקים ושלוש תעלות צבע המתכנסות לקשר מרכזי בצורת « Y ». שאר השכבות כגון קווי גרעין כפולים, סימוני מופע כחולים וריפודי מעבר ושדות רחוקים דקים במסגרות קונצנטריות נשמרים באותה שיטה.