Ορισμός των Κουάρκ στη Φυσική

Ένα κουάρκ είναι ένα από τα θεμελιώδη σωματίδια στη φυσική. Ενώνονται για να σχηματίσουν αδρόνια, όπως πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία είναι συστατικά των πυρήνων των ατόμων. Η μελέτη των κουάρκ και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους μέσω της ισχυρής δύναμης ονομάζεται σωματιδιακή φυσική.

Το αντισωματίδιο ενός κουάρκ είναι το αντικουάρκ. Τα κουάρκ και τα αντικουάρκ είναι τα μόνα δύο θεμελιώδη σωματίδια που αλληλεπιδρούν μέσω και των τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων της φυσικής:της βαρύτητας, του ηλεκτρομαγνητισμού και των ισχυρών και ασθενών αλληλεπιδράσεων.

Κουάρκ και περιορισμός

Ένα κουάρκ παρουσιάζει περιορισμό , που σημαίνει ότι τα κουάρκ δεν παρατηρούνται ανεξάρτητα αλλά πάντα σε συνδυασμό με άλλα κουάρκ. Αυτό καθιστά τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων (μάζα, σπιν και ισοτιμία) αδύνατο να μετρηθεί άμεσα. Αυτά τα χαρακτηριστικά πρέπει να συναχθούν από τα σωματίδια που αποτελούνται από αυτά.

Αυτές οι μετρήσεις δείχνουν ένα μη ακέραιο σπιν (είτε +1/2 είτε -1/2), επομένως τα κουάρκ είναι φερμιόνια και ακολουθήστε την Αρχή αποκλεισμού Pauli.

Στην ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των κουάρκ, ανταλλάσσουν γκλουόνια, τα οποία είναι μποζόνια μετρητών χωρίς μάζα διανυσμάτων που φέρουν ένα ζεύγος χρωματικών και αντίχρωμων φορτίων. Κατά την ανταλλαγή γκλουονίων, το χρώμα των κουάρκ αλλάζει. Αυτή η χρωματική δύναμη είναι πιο αδύναμη όταν τα κουάρκ βρίσκονται κοντά μεταξύ τους και γίνεται ισχυρότερη καθώς απομακρύνονται.

Τα κουάρκ είναι τόσο έντονα δεσμευμένα από τη δύναμη του χρώματος που αν υπάρχει αρκετή ενέργεια για να τα χωρίσει, παράγεται ένα ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ και συνδέεται με οποιοδήποτε ελεύθερο κουάρκ για να παράγει ένα αδρόνιο. Ως αποτέλεσμα, τα ελεύθερα κουάρκ δεν φαίνονται ποτέ μόνα τους.

Γεύσεις Κουάρκς

Υπάρχουν έξι γεύσεις των κουάρκ:πάνω, κάτω, παράξενο, γοητεία, κάτω και πάνω. Η γεύση του κουάρκ καθορίζει τις ιδιότητές του.

Κουάρκς με φορτίο +(2/3)e ονομάζονται up-type κουάρκ, και αυτά με φορτίο -(1/3)e ονομάζονται down-type .

Υπάρχουν τρεις γενιές των κουάρκ, που βασίζονται σε ζεύγη ασθενούς θετικού/αρνητικού, ασθενούς ισοσπιν. Τα κουάρκ πρώτης γενιάς είναι άνω και κάτω κουάρκ, τα κουάρκ δεύτερης γενιάς είναι περίεργα και κουάρκ γοητείας, τα κουάρκ τρίτης γενιάς είναι κουάρκ κορυφής και κάτω.

Όλα τα κουάρκ έχουν αριθμό βαρυονίου (B =1/3) και αριθμό λεπτονίων (L =0). Η γεύση καθορίζει ορισμένες άλλες μοναδικές ιδιότητες, που περιγράφονται σε μεμονωμένες περιγραφές.

Τα άνω και κάτω κουάρκ αποτελούν πρωτόνια και νετρόνια, που φαίνονται στον πυρήνα της συνηθισμένης ύλης. Είναι τα πιο ελαφριά και σταθερά. Τα βαρύτερα κουάρκ παράγονται σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειας και διασπώνται γρήγορα σε κουάρκ πάνω και κάτω. Ένα πρωτόνιο αποτελείται από δύο up quarks και ένα down quark. Ένα νετρόνιο αποτελείται από ένα up quark και δύο down quarks.

Κουάρκ πρώτης γενιάς

Επάνω κουάρκ (σύμβολο u )

• Αδύναμο Isospin: +1/2
• Isospin (I_z ): +1/2
• Χρέωση (αναλογία e ): +2/3
• Μάζα (σε MeV/c): 1,5 έως 4,0 

Down quark (σύμβολο d )

• Αδύναμο Isospin: -1/2
• Isospin (I_z ): -1/2
• Χρέωση (αναλογία e ): -1/3
• Μάζα (σε MeV/c) :4 έως 8

Κουάρκ δεύτερης γενιάς

Κουάρκ γοητείας (σύμβολο γ )

• Αδύναμο Isospin: +1/2
• Γούρι (Γ ): 1
• Χρέωση (αναλογία e ): +2/3
• Μάζα (σε MeV/c): 1150 έως 1350 

Παράξενο κουάρκ (σύμβολο s )

• Αδύναμο Isospin: -1/2
• Παράξενο (S ): -1
• Χρέωση (αναλογία e ): -1/3
• Μάζα (σε MeV/c): 80 έως 130 

Κουάρκ τρίτης γενιάς

Κορυφαίο κουάρκ (σύμβολο t )

• Αδύναμο Isospin: +1/2
• Κορυφότητα (Τ ): 1
• Χρέωση (αναλογία e ): +2/3
• Μάζα (σε MeV/c): 170200 έως 174800 

Κάτω κουάρκ (σύμβολο b )

• Αδύναμο Isospin: -1/2
• Κάτω (B' ): 1
• Χρέωση (αναλογία e ): -1/3
• Μάζα (σε MeV/c): 4100 έως 4400