Кварк
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Кварки — фундаментальні частинки, з яких складаються адрони, зокрема протони та нейтрони. На сьогодні відомо 6 сортів (їх прийнято називати «ароматами») кварків: d,u,s,c,b і t.
[ред.] Властивості кварків
На відміну від інших елементарних частинок, кварки мають не цілий, а дробовий електричний заряд кратний 1/3 елементарного заряду.
Усім кваркам, крім d та u, приписується певне ароматове квантове число (ароматовий заряд): дивність, чарівність, красу та правдивість. За абсолютною величиною цей заряд приймається рівним 1, а знак прийнято вибирати таким, як і знак електричного заряду кварка.
Ізоспін кварків дорівнює 1/2, а отже його проекція, в залежності від аромату кварка, може приймати два значення: -1/2 та +1/2.
Кварки можна згрупувати у три покоління. До кожного покоління належать два кварки, які мають протилежні за знаком проекції ізоспіну, один з них має заряд -1/3, а другий +2/3.
Кваркам приписується також баріонний заряд величиною 1/3.
За масою розрізняють легкі: d,u,s та важкі: c,b і t кварки.
| Позначення та назва | елек- тричний заряд | Ароматові квантові числа | про- екція ізо- спіну | барі- онний заряд | маса | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| див- ність | чарів- ність | краса | прав- дивість | ||||||
| Перше покоління | |||||||||
| d | нижній (down) | −1/3 | 0 | 0 | 0 | 0 | −1/2 | 1/3 | ~ 4 МеВ |
| u | верхній (up) | +2/3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1/2 | 1/3 | ~ 6 МеВ |
| Друге покоління | |||||||||
| s | дивний (strange) | −1/3 | − 1 | 0 | 0 | 0 | −1/2 | 1/3 | 150 МеВ |
| c | чарівний (charm) | +2/3 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1/2 | 1/3 | 1.5 ГеВ |
| Третє покоління | |||||||||
| b | красивий (beauty, bottom) | −1/3 | 0 | 0 | −1 | 0 | −1/2 | 1/3 | 4.5 ГеВ |
| t | правдивий (true, top) | +2/3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1/2 | 1/3 | 175 ГеВ |
Для опису сильної взаємодії необхідно, щоб кварки, крім звичайного електричного заряду, мали ще й заряд іншого типу, який називають «кольором».
Кожному кварку відповідає антикварк, що має протилежний за знаком електричний заряд, ароматове число, проекцію ізоспіну та баріонний заряд −1/3 (див. також Античастинка).
[ред.] Взаємодія кварків
Кварки беруть участь у кожному з чотирьох типів фундаментальних взаємодій.
Протони та нейтрони, які дають найбільний внесок у масу видимої матерії Всесвіту, складаються із кварків. Отже явище гравітаційної взаємодії між зірками, планетами та іншими астрономічними об’єктами це значною мірою прояв участі кварків у гравітаційній взаємодії.
Участь кварків у електромагнітній взаємодії проявляється у глибоко непружному розсіянні електронів або мюонів на адронах, у перетвореннях (анігіляції) електрон-позитронної пари в адрони тощо, а також у властивостях адронів: наявності у них електричних зарядів та магнітних моментів. Електромагнітна взаємодія не змінює квантових чисел: аромат, колір, проекція ізоспіну тощо залишаються незмінними.
Завдяки слабкій взаємодії відбувється перетворення кварків зі зміною їніх ароматів, однак колір кварка при цьому не міняється. Проекція ізоспіну внаслідок слабкої взаємодії може міняти знак, однак може й залишатись незмінною. Зміна ароматів кварків проявляє себе, зокрема, у слабких розпадах адронів, наприклад у розпаді вільного нейтрона на електрон і антинейтрино. Зі слабкими взаємодіями кварків пов’язане також глибоко непружне розсіяння нейтрино на адронах.
Сильна взаємодія утримує кварки всередині адронів. Кварки взаємодіють між собою шляхом обміну глюонами. При цьому відбувається зміна кольору кварка, однак його інші квантові числа: аромат та проекція ізоспіну залишаються незмінними. Властивості сильної взаємодії не дозволяють кварку вилетіти за межі адрона. Це явище отримало назву конфайнменту. Воно має наслідком відсутність у природі вільних кварків.
[ред.] Кварки як складові адронів — валентні кварки
Гіпотеза про існування кварків виникла на початку шістдесятих років двадцятого століття, коли робилися спроби побудувати схему класифікації відомих на той час адронів. Найбільш вдала схема класифікації була запропонована у 1961 році Мурраєм Ґелл-Манном та, незалежно від нього, Казухіко Нішіджимою. Вона дозволила не лише класифікувати відомі на той час адрони, але й дозволила передбачити існування та описати властивості на той час ще невідомої Ω--частинки.
Пізніше Муррай Ґелл-Манн та Джорджем Цвейгом прийшли до висновку, що все різноманіття відомих на той час адронів можна пояснити, потулювавши існування лише трьох частинок, які були названі кварками. У сучасних позначеннях це — u-, d- та s-кварки. Адрони інтерпретувалися як зв’язані стани цих частинок та їхніх античастинок:
- мезони — кварка та антикварка;
- баріони — трьох кварків;
- мезони — антикварків.
