Кварк

Кварки (от англ. Quark – квак, кряк) – фундаментальные частицы, из которых по современным представлениям состоят адроны, в частности протоны и нейтроны. На сегодня известно 6 сортов (их принято называть «ароматами») кварков: d, u, s, c, b и t.
Кварки имеют спин 1/2? где ? – сводная постоянная Планка, и дробный электрический заряд. Каждый кварк имеет также один из трех цветов (еще одно квантовое число, подобно спину или аромата). Каждому из шести кварков соответствует своя античастица – антикварк.
В отличие от других элементарных частиц, кварки имеют не целый, а дробный электрический заряд кратный 1 / 3 элементарного заряда.
Всем кваркам, кроме d и u, приписывается определенное ароматов квантовое число (ароматов заряд): странность, очарование, красоту и правдивость. По абсолютной величине этот заряд принимается равным 1, а знак принято выбирать таким, как и знак электрического заряда кварка.
Изоспин кварков равен 1 / 2, а следовательно его проекция, в зависимости от аромата кварка, может принимать два значения: -1 / 2 и +1 / 2.
Кварки можно сгруппировать в три поколения. Для каждого поколения принадлежат два кварки, которые имеют противоположные по знаку проекции изоспину, один из них имеет заряд -1 / 3, а второй +2 / 3.
Кваркам приписывается также Барионное величине 1 / 3, антикварка соответственно -1 / 3. Таким образом, барионы, состоящие из трех кварков, имеют Барионное 1, их античастицы, состоящие из трех антикварка, -1, а мезоны, состоящие из кварка и антикварка, имеют Барионное 0.
По массе различают легкие: d, u, s и тяжелые: c, b и t кварки.
Каждому кварку соответствует антикварк, имеющий противоположный по знаку электрический заряд, ароматов число, проекцию изоспину и Барионное -1 / 3 (см. также Античастицы).
Кварки участвуют в каждом из четырех типов фундаментальных взаимодействий.
Протоны и нейтроны, которые дают Наибольшее вклад в массу видимой материи Вселенной, состоят из кварков. Итак, явление гравитационного взаимодействия между звездами, планетами и другими астрономическими объектами это в значительной мере проявление участия кварков в гравитационном взаимодействии.
Участие кварков в электромагнитном взаимодействии проявляется в глубоко неупругом рассеянии электронов или мюонов на адронов, в преобразованиях (аннигиляции) электрон-позитронной пары в адроны т.п., а также в свойствах адронов: наличия у них электрических зарядов и магнитных моментов. Электромагнитное взаимодействие не меняет квантовых чисел: аромат, цвет, проекция изоспину т.д. остаются неизменными.
Благодаря слабом взаимодействии видбуветься преобразования кварков с изменением их ароматов, однако цвет кварка при этом не меняется. Проекция изоспину результате слабого взаимодействия может менять знак, однако может и оставаться неизменной. Изменение ароматов кварков проявляет себя, в частности, в слабых распадах адронов, например в распаде свободного нейтрона на электрон и антинейтрино. Со слабыми взаимодействиями кварков связано также глубоко неупругое рассеяние нейтрино на адронов.
Сильное взаимодействие удерживает кварки внутри адронов. Кварки взаимодействуют между собой путем обмена глюонами. При этом происходит изменение цвета кварка, однако его другие квантовые числа: аромат и проекция изоспину остаются неизменными. Свойства сильного взаимодействия не позволяют кварку вылететь за пределы адроны. Это явление получило название конфайнмента. Оно влечет отсутствие в природе свободных кварков.
Гипотеза о существовании кварков возникла в начале шестидесятых годов двадцатого века, когда предпринимались попытки построить схему классификации известных в то время адронов. Наиболее удачная схема классификации была предложена в 1961 году Мюрреем Гелл-Манном и, независимо от него, Казухико Нишиджимою. Она позволила не только классифицировать известные тогда адроны, но и позволила предсказать существование и описать свойства в то время еще неизвестной ? –частицы.
Позднее Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг пришли к выводу, что все многообразие известных в то время адронов можно объяснить, постулируя существование только трех частиц, которые были названы кварками. В современных обозначениях это – u -, d-и s-кварки. Адроны интерпретировались как связанные состояния этих частиц и их античастиц: