Кварк

Кварките, заедно со лептоните, се градбените единки на материјата, односно тие се елементарни честички. Во сегашниот стандарден модел постојат шест типови на кварки. Кварките се составни единки на сите познати мезони и бариони. Најпознати бариони се протонот и неутронот, кои се изградени од up и down кварки. Кварките можат да се наоѓаат само во комбинации од два (мезони), три (бариони) и најдоцна откриените честички со пет кварки (пентакварки).

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

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

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

Име

Името "кварк" беше земено од книгата на Џејмс Џојс Finnegan's Wake од страна на Американскиот физичар Мари Гел-Ман. Овој научник ја доби Нобеловата награда во 1969 година за неговата работа во класификацијата на елементарните честички.

Типови на кварки

Up и Down кварки

Up и Down кварките се најчестите и најмалку масовните кварки 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 пофундаментален кварков процес:

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

Strange кварк

Во 1947, за време на проучувањето на интеракциите меѓу космичките зраци, беше пронајден продукт 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 ("живее") толку долго било наречено "чудно (strangeness)". Поради ова, еден од кварките кои се составен дел на ламбда честичката е именуван како "strange кварк". Ламбда честичката е барион кој се состои од три кварки: еден up, еден down и еден strange 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 чудното" ("conservation of strangeness"). Присуството на strange кварк во една честица е обележано со квантен број S=-1. Распаѓањето на честицата 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 strange 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):

Не можев да расчленам (синтаксна грешка): {\displaystyle \mbox{\lambda}^0 \to \mbox{p} + \mbox{\pi}^-} :::::Не можев да расчленам (синтаксна грешка): {\displaystyle \mbox{\lambda}^0 \to \mbox{n} + \mbox{\pi}^0}

ω-минус, барион составен од три strange кварки, е класчен пример од потребата за својството наречено "боја" при опишувањето на честиците. Бидејќи кварките се фермиони со спин од 1/2, тие мора да се покоруваат на Паулиевиот принцип на исклучување и неможат да постојат во идентични состојби. Значи, во честица со три strange кварки, својството по кое тие се разликуваат мора да биде способно да има барем три различни вредности.

Charm кварк

Во 1974 беше откриен мезон наречен J/Psi честица. Со маса од 3100 MeV, три пати поголема од таа на протонот, оваа честица беше првиот пример на друг кварк наречен charm кварк. J/Psi се состои од шарм-антишарм кварков пар.

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

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