Кварк

Кварк — основна честичка и градбена единка на материјата. Во сегашниот стандарден модел постојат шест типови на кваркови. Кварковите се составни единки на сите познати мезони и бариони. Најпознати бариони се протонот и неутронот, кои се изградени од горни и долни кваркови. Кварковите можат да се наоѓаат само во комбинации од два (мезони), три (бариони) и најново откриените честички со пет кварка (пентакваркови).

Во табелата, масите на кварковите не треба да се сфаќаат премногу сериозно, бидејќи ограниченоста на кварковите укажува дека нивната маса не може директно да се определи. Масите на овие честички мораат да се измерат индиректно преку експерименти.

Секој од шесте типа на кваркови може да има три различни „бои“. Кварковите сили се привлечни само во безбојни комбинации на три кваркови (бариони), парови „кварк-антикварк“ (мезони) и веројатно поголеми комбинации, како што е пентакваркот, кој исто така може да се најде во безбојни услови. Кварковите подлежат на трансформации со размена на W-бозони, а овие трансформации го детерминираат степенот и природата на распадот на хадроните од страна на слабите взаемни дејства.

Кварк	Англ. име	Симбол	Спин	Полнеж	Барионски број	S	C	B	T	Маса (MeV)
горен кварк	Up	U	½	+²/₃	¹/₃	0	0	0	0	360
долен кварк	Down	D	½	-¹/₃	¹/₃	0	0	0	0	360
волшебен кварк	Charm	C	¹/₂	+²/₃	¹/₃	0	+1	0	0	1500
чуден кварк	Strange	S	¹/₂	-¹/₃	¹/₃	-1	0	0	0	540
врвен кварк	Top	T	¹/₂	+²/₃	¹/₃	0	0	0	+1	174
длабински кварк	Bottom	B	¹/₂	-¹/₃	¹/₃	0	0	+1	0	5

Име

Името „кварк“ е преземено од книгата на Џејмс Џојс „Бдеењето на Финеган“ од страна на Американскиот физичар Мари Гел-Ман. Овој научник ја добил Нобеловата награда во 1969 година за неговата работа во класификацијата на елементарните честички.

Видови кваркови

„Горни“ и „долни“ кваркови

Горните и долните кваркови се најчестите и најлесните кваркови (т.е. со најмала маса) кои се составен дел на протоните и неутроните, а со тоа и на обичната материја. Фактот што слободниот неутрон се распаѓа:

{\mbox{n}}\to {\mbox{p}}+{\mbox{e}}^{-}+{\mbox{v}}_{e}

како и тоа што јадрото се распаѓа со β распаѓање во процесите како:

{\mbox{p}}^{32}\to {\mbox{S}}^{32}+{\mbox{e}}^{-}+{\mbox{v}}_{e}

доведува до сознанието дека тоа е резултат од еден поосновенкварков процес:

{\mbox{d}}\to {\mbox{u}}+{\mbox{e}}^{-}+{\mbox{v}}_{e}

„Чуден“ кварк

Во 1947, за време на проучувањето на интеракциите меѓу космичките зраци, бил пронајден производ на протонската колизија со атомско јадро. Тој постоел многу подолго отколку што се очекувало: 10⁻¹⁰ секунди наместо очекуваните 10⁻²³ секунди. Оваа честичка била именувана како ламбда честичка (λ⁰), а својството кое причинувало таа да опстојува толку долго било наречено „чудно“. Поради ова, еден од кварковите кои се составен дел на ламбда честичката е именуван како „чуден“ кварк. Ламбда честичката е барион кој се состои од три кварка: еден горен, еден долен и еден чуден кварк.

Пократкото животно време од 10⁻²³ секунди било очекувано бидејќи ламбда како барион учествува во силни интеракции, а тоа обично доведува до многу мало животно време. Долгиот животен век на ламбда честичката помогнал во развивањето на нов закон за зачувување на енергијата наречен „зачувување на чудноста“ (conservation of strangeness). Присуството на чуден кварк во една честица е обележано со квантен број S=-1. Распаѓањето на честичката под дејство на силни или електромагнетни интеракции го зачувуваат квантниот број на strangeness. Процесот на распаѓање на ламбда мора да го наруши тоа правило, бидејќи не постои полесна честица која содржи чуден кварк - така што s-кваркот мора да биде трансформиран во друг кварк во процесот. Тоа може да се постигне само под дејство на слабите интеракции, што доведува до многу поголемо животно време. Процесот на распаѓање покажува дека strangeness не е конзервиран (зачуван):

ω-минус, барион составен од три чуден кварка, е класчен пример од потребата за својството наречено "боја" при опишувањето на честичките. Бидејќи кварковите се фермиони со спин од 1/2, тие мора да се покоруваат на Паулиевото начело на исклучување и не можат да постојат во идентични состојби. Значи, во честица со три чудни кварка, својството по кое тие се разликуваат мора да биде способно да има барем три различни вредности.

„Волшебен“ кварк

Во 1974 бил откриен мезон наречен J/Пси честица. Со маса од 3100 MeV, трипати поголема од таа на протонот, оваа честица била првиот пример на друг кварк наречен пармантен кварк. J/Пси се состои од кварков пар „волшебен-антиволшебен“.

Најлесниот мезон што содржи бил кварк е D мезонот. Тој дава интересни примери на распаѓање, бидејќи волшебниот кварк мора да биде трансформиран во чуден кварк од страна на слабите интеракции пред да се распадне.

Еден барион со волшебен кварк е наречен ламбда со симбол Λ⁺_c. Тој се состои од udc и има маса од 2281 MeV/c².