Заряд кварків

Чому дорівнює заряд електрона? Цифру -1,6*10^-19 кулон вперше була отримана Робертом Міллікеном, який вимірював швидкість підйому заражених масляних крапельок у електростатичному полі. Мінімальний заряд, яким могла мати крапля, був прийнятий одиничним. У середині, наприклад, 1960-х років кількість елементарних частинок вимірювалося вже сотнями. Муррей Гелл-Ман і Джордж Цвейг теоретично показали, що відомі властивості багатьох елементарних частинок можна описати, припустивши, що вони побудовані з кількох ще крихітніших частинок - кварків. Заряд кварків може становити 2/3 або 1/3 заряду електрона. Сама назва частки кварк перекладається як "дрібниця", "нісенітниця".

Багато фізиків зміцнювалися на думці, що кварки - це фіктивні, "математичні" частинки і що в природі вони існувати не можуть, а теорія "кольорових кварків" наділяла кварки аналогічними властивостями кольорів спектру. За цією теорією кварки об'єднуються завжди так само, як можна об'єднати, скажімо, червоний, синій та жовтий кольори, щоб отримати білий. Реальні частинки, відповідно, можуть бути лише "білими", а "колір" окремих кварків ми не можемо розрізнити. Крім цього, теоретики вигадали і "зачаровані" кварки.

Проте експериментатори не залишали надії знайти колись окремі кварки. Це вдалося зробити Вільяму Фербенку, Джорджу Перу та Артуру Хеббарду. При цьому заряд кварків виявився меншим, ніж заряд електрона.

Методика експерименту повторювала дослід Міллікена, але на новому технічному рівні. Масляні крапельки, які запускав між пластинами конденсатора Міллікен, вчені замінили крихітними ніобієвими кульками, маса яких була, природно, більшою. Насправді це означало, що можливість виявлення кварків значно вища. Адже, за сучасними оцінками, серед 10 протонів і нейтронів може зустрітися один вільний кварк.

Кулька висіла в полі електромагніта. Для зменшення впливу температури робоча камера охолоджувалася до -260⁰С. До пластин конденсатора прикладалася пульсуюча напруга, і, якщо кулька мала заряд, вона починала коливатися в електричному полі. Характер коливань залежав від величини заряду. За півтора року вдалося провести півтора десятки дослідів, і в трьох з них заряд кульки виявився меншим, ніж заряд електрона, причому точно одна третина.

Фербенк, принаймні, не був збентежений. Його установка працювала двадцять чотири години на добу, і іноді реєструвала дробові заряди. Була встановлена навіть незрозуміла залежність появи кварків від способу обробки ніобієвих кульок.