Статья посвящена кваркам — основным компонентам материи во Вселенной. Описывается их классификация, свойства, взаимодействия и история открытия. Кварки являются ключевыми частями структуры атомов и участвуют в различных фундаментальных взаимодействиях.
Кварк — элементарная частица и фундаментальная составляющая материи, играющая важнейшую роль в структуре атомных ядер. Кварки объединяются в составные частицы, называемые адронами, среди которых наиболее стабильными являются протоны и нейтроны. Все обычно наблюдаемое вещество состоит из верхних и нижних кварков, а также электронов. Однако кварки никогда не существуют изолированно из-за явления, известного как удержание цвета; они могут быть обнаружены только внутри адронов, таких как барионы и мезоны, или в кварк-глюонной плазме.
Классификация кварков
Существует шесть типов кварков, также называемых ароматами: нижний (d), верхний (u), странный (s), очарованный (c), прелестный (b), истинный (t). Каждый кварк характеризуется несколькими внутренними свойствами, включая:
- Электрический заряд
- Масса
- Цветовой заряд
- Спин
Кварки являются уникальными элементарными частицами в Стандартной модели физики элементарных частиц, поскольку они участвуют во всех четырёх фундаментальных взаимодействиях (электромагнитном, гравитационном, сильном и слабом) и имеют дробный электрический заряд, а именно:
| Кварк | Электрический заряд | Масса (МэВ/с²) |
|---|---|---|
| u (верхний) | +2/3 | ≈ 2.3 |
| d (нижний) | -1/3 | ≈ 4.8 |
| s (странный) | -1/3 | ≈ 95 |
| c (очарованный) | +2/3 | ≈ 1,280 |
| b (прелестный) | -1/3 | ≈ 4,180 |
| t (истинный) | +2/3 | ≈ 174,000 |
Антикварки
Каждому кварку соответствует его антикварк, который отличается от кварка лишь знаком его электрического заряда. Например, антикварк s имеет заряд +1/3, что противоположно заряду s-кварка. Таким образом, антикварки имеют такие же массы, как и кварки, но их другие квантовые числа, как барионное число и ароматы, противоположны.
См. также
Структура адронов
Кварки объединяются в адроны, которые делятся на два типа:
- Барионы: Состоят из трёх кварков (qqq) и имеют барионное число B = +1. Примеры: протон (uud), нейтрон (udd).
- Мезоны: Состоят из кварка и антикварка (q) с барионным зарядом B = 0. Примеры: π⁺ (u, d̄), π⁻ (d, ū).
История открытия кварков
Модель кварков была предложена физиками Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом в 1964 году. Первоначально были предложены три кварка: u, d и s. Позже, в результате экспериментов, были добавлены еще три: c, b и t. В 1995 году был обнаружен t-кварк, который является самым тяжёлым кварком, массой 174 ГэВ/с².
Заключение
Кварки представляют собой фундаментальные строительные элементы материи во Вселенной. Их уникальные свойства и взаимодействия открывают множество возможностей для дальнейших исследований в области физики элементарных частиц. Несмотря на то что кварки никогда не наблюдаются в свободном состоянии, их существование подтверждено множеством экспериментов и наблюдений.
См. также
