Kwarki
Kwarki to cząstki elementarne, które wchodzą w skład hadronów, podlegające oddziaływaniom silnym.
Kwark oznaczamy literą q, zaś antykwark przez q (ang. quark).
Rodzaje kwarków
Znamy 6 kwarków i odpowiadających im 6 antykwarków. Poniższa tablica zestawia wszystkie kwarki.
| Oznaczenie | Nazwa | Nazwa angielska | Masa [GeV/c2] | Ładunek elektryczny | Izospon | Trzecia składowa zospin | Spin | Liczba barionowa | Dziwność | Powab | Piękno | Górność, prawda |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| u | górny | up | 1-4 MeV | 2/3 | 1/2 | 1/2 | 1/2 | 1/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| d | dolny | down | 4-8 MeV | -1/3 | 1/2 | -1/2 | 1/2 | 1/3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| s | dziwny | strange | 0,08-0,13 | -1/3 | 0 | 0 | 1/2 | 1/3 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| c | powabny | charmed | 1,15-1,35 | 2/3 | 0 | 0 | 1/2 | 1/3 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| b | piękny | bottom, beauty | 4,1-4,4 | -1/3 | 0 | 0 | 1/2 | 1/3 | 0 | 0 | -1 | 0 |
| t | prawdziwy | top, truth | 173±1 | 2/3 | 0 | 0 | 1/2 | 1/3 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Antykwarki posiadają przeciwny ładunek elektryczny oraz liczbę barionową.
Kwarki mają połówkowy spin, wszystkie są więc fermionami.
Ładunek elektryczny kwarków nie jest całkowity!
Zapach kwarków
Zapach kwarków nie ma nic wspólnego ze zmysłem powonienia. To obrazowy sposób nazywania odpowiednich stanów kwantowych kwarków.
Kolor kwarków
Kolor kwarków nie ma nic wspólnego z barwami. To obrazowy sposób na określenie pewnych stopni swobody, liczby kwantowej dla kwarków. Kolor jest rodzajem ładunku przekazywanego w oddziaływaniach silnych. Zamiast o kolorze można mówić o ładunku kolorowym. Kolory nie są przypisane na stałe do pojedynczego kwarku, gdyż za pośrednictwem gluonów, mogą być one wymieniane między kwarkami.
Wyróżnia się następujące kolory:
- r - red - czerwony,
- g - green - zielony,
- b - blue - niebieski,
oraz trzy antykolory
- r - antyczerwony,
- g - antyzielony,
- b - antyniebieski.
Zakaz Pauliego nie pozwala utworzyć cząstki (barionu) z trzech jednakowych kwarków. Stąd to rozróżnienie. Kolor stanowi nowy rodzaj pola, w którym zachodzi nowy typ oddziaływania - oddziaływanie silne. Kwantami tego pola są gluony.
Ładunek kolorowy hadronów jest równy zeru. Cząstki posiadające ładunek kolorowy nie mogą występować w przyrodzie samodzielnie. Można też powiedzieć, że wszystkie cząstki swobodne są białe, czyli kolorowo obojętne.
aditya © stock.adobe.com
Oddziaływania
Kwarki oddziałują ze sobą, wymieniając gluony. To oddziaływanie nazywamy oddziaływaniem silnym. Teoria, która bada to oddziaływanie nosi nazwę chromodynamiki kwantowej.
Układy kwarków
Kwarki istnieją jedynie w układach, tworząc hadrony, czyli mezony lub bariony.
Poniższa tabela przedstawia wybrane układy kwarków (hadrony).
| Nazwa | Symbol | skład kwarkowy |
|---|---|---|
| bariony | ||
| proton | p | uud |
| neutron | n | ddu |
| lambda | Λ+c | udc |
| delta | Δ0 | udd |
| omega | Ω- | sss |
| sigma zero | Σ0 | uds |
| sigma plus | Σ+ | uus |
| sigma minus | Σ- | dds |
| mezony | ||
| pion pi zero | π0 | uu |
| pion pi minus | π- | ud |
| pion pi plus | π+ | ud |
| kaon ka zero | K0 | sd |
| kaon ka plus | K+ | us |
| kaon ka minus | K- | us |
| J/psi | J/ψ | cc |
| epsilon | Y | bb |
Historia
Kwarki zostały odkryte w 1964 roku przez amerykańskiego fizyka teoretyka o nazwisku Murray Gell-Mann, noblistę z 1969 roku, oraz niezależnie od niego Georga Zweiga. W swojej teorii Gell-Mann zaproponował istnienie kwarków górnego u, dolnego d i dziwnego s. Słowo quark pochodzi ze zdania Three quarks for Muster Mark! z powieści "Finneganów tren" Jamesa Joyce’a. Cytat mówi o trzech kwarkach, a w owym czasie Gell-Mann i niezależnie od niego Zweig postulowali istnienie trzech kwarków i ich antycząstek.
Pytania
Czy potwierdzono eksperymentalnie istnienie kwarków?
Tak. Dokonano tego dzięki doświadczeniu polegającemu na rozpraszaniu elektronów na hadronach. Dla małych energii elektronów, te odbijały się od hadronów jak od jednorodnej kuli. Zwiększając energię elektronów, te zaczęły być rozpraszane, jakby odbijały się od obiektów punktowych wewnątrz hadronu. Eksperyment ten bardzo przypomina doświadczenie Rutherforda, dzięki któremu odkryto wewnętrzną strukturę atomu.
© medianauka.pl, 2021-10-23, A-4193