Definisjon av kvarker i fysikk

MARK GARLICK / Getty Images

En kvark er en av de fundamentale partikler i fysikk. De går sammen for å danne hadroner, som protoner og nøytroner, som er komponenter i atomkjernene. Studiet av kvarker og interaksjonene mellom dem gjennom den sterke kraften kalles partikkelfysikk.

Antipartikkelen til en kvark er antikvarken. Kvarker og antikvarker er de eneste to grunnleggende partiklene som samhandler gjennom alle fire grunnleggende krefter i fysikken : gravitasjon, elektromagnetisme, og de sterke og svake interaksjoner .

Quarks og innesperring

En kvark stiller ut innesperring , som betyr at kvarkene ikke observeres uavhengig men alltid i kombinasjon med andre kvarker. Dette gjør det umulig å bestemme egenskapene (masse, spinn og paritet) direkte; disse egenskapene må utledes fra partiklene som består av dem.

Disse målingene indikerer et spinn uten heltall (enten +1/2 eller -1/2), så kvarker er fermioner og følg Pauli eksklusjonsprinsipp .

I det sterke samspillet mellom kvarker utveksler de gluoner, som er masseløse vektormålebosoner som bærer et par farge- og antifargeladninger. Ved utveksling av gluoner endres fargen på kvarkene. Denne fargekraften er svakest når kvarkene er tett sammen og blir sterkere når de beveger seg fra hverandre.

Kvarker er så sterkt bundet av fargekraften at hvis det er nok energi til å skille dem, produseres et kvark-antikvark-par som binder seg med en hvilken som helst fri kvark for å produsere en hadron. Som et resultat blir frie kvarker aldri sett alene.

Smaker av Quarks

Det er seks smaker av kvarker: opp, ned, merkelig, sjarm, bunn og topp. Smaken av kvarken bestemmer dens egenskaper.

Quarks med en ladning på +(2/3) og er kalt opp-type kvarker, og de med en ladning på -(1/3) og er kalt ned-type .

Det er tre generasjoner av kvarker, basert på par av svak positiv/negativ, svak isospin. Første generasjons kvarker er opp og ned kvarker, andre generasjons kvarker er rare, og sjarmkvarker, tredje generasjons kvarker er topp- og bunnkvarker.

Alle kvarker har et baryonnummer (B = 1/3) og et leptonnummer (L = 0). Smaken bestemmer visse andre unike egenskaper, beskrevet i individuelle beskrivelser.

Opp- og nedkvarkene utgjør protoner og nøytroner, sett i kjernen til vanlig materie. De er de letteste og mest stabile. De tyngre kvarkene produseres i høyenergikollisjoner og forfaller raskt til opp- og nedkvarker. Et proton er sammensatt av to opp-kvarker og en ned-kvark. Et nøytron er sammensatt av en opp-kvark og to ned-kvarker.

Første generasjons Quarks

Opp kvark (symbol i )

Svak isospin:+1/2Isospin ( Jeg_Med ):+1/2Belastning (andel av og ):+23Masse (i MeV/c^to):1,5 til 4,0

Down kvark (symbol d )

Svak isospin:-1/2Isospin ( Jeg_Med ):-1/2Belastning (andel av og ):-1/3Masse (i MeV/c^to): 4 til 8

Andre generasjons Quarks

Sjarmkvark (symbol c )

Svak isospin:+1/2Sjarm ( C ):1Belastning (andel av og ):+23Masse (i MeV/c^to):1150 til 1350

Merkelig kvark (symbol s )

Svak isospin:-1/2Merkelig ( S ):-1Belastning (andel av og ):-1/3Masse (i MeV/c^to):80 til 130

Tredje generasjons Quarks

Toppkvark (symbol t )

Svak isospin:+1/2Topphet ( T ):1Belastning (andel av og ):+23Masse (i MeV/c^to):170200 til 174800

Bunnkvark (symbol b )

Svak isospin:-1/2Bunnhet ( B' ):1Belastning (andel av og ):-1/3Masse (i MeV/c^to):4100 til 4400