Понятие о кварках

Ква́рк — воображаемая элементарная частица в квантовой хромодинамике, рассматриваемая как составная часть адронов. Предполагается существование 6 разных видов кварков, для различия которых вводится такое понятие как «аромат». Для краткости кваркам присвоены следующие имена: u-кварк, d-кварк, c-кварк, s-кварк, t-кварк, b-кварк (R. Nave. Quarks. HyperPhysics. Georg ia State University, Department of Physics and Astronomy.

Адроны подразделяются на барионы и мезоны. Если бы кварки существовали в природе, то барионы как частицы с полуцелым спином могли бы состоять из трёх кварков, а мезоны включать в себя по кварку и антикварку поскольку имеют целый спин. Среди барионов наиболее хорошо изучены протон и нейтрон, входящие в состав атомных ядер. Гипотеза кварков позволила объяснить многие свойства симметрии (например, мультиплеты частиц), наблюдаемые у адронов (Quark (subatomic particle). Encyclopedia Britannica. Проверено 29 июня 2008).

Особенностью предполагаемых кварков является то, что они не наблюдаются в природе в свободном состоянии. Это означает, что они могли бы быть внутри адронов, но при распаде частиц кварки каким-то образом комбинирвались так, что в результате в продуктах распада видны не кварки, а только какие-то элементарные частицы. Данную ситуацию описывают как конфайнмент, то есть удержание кварков внутри адронов (R. Nave. Confinement of Quarks. HyperPhysics. Georg ia State University, Department of Physics and Astronomy. Проверено 29 июня 2008), (R. Nave. Bag Model of Quark Confinement. HyperPhysics. Georg ia State University, Department of Physics and Astronomy. Проверено 29 июня 2008). Вследствие ненаблюдаемости кварков в природе все их гипотетические свойства определяются путём расчётов косвенным путём через свойства адронов.

Предполагается, что U-кварк и d-кварк будут иметь наименьшие массы среди кварков. При распадах адронов, протекающих очень быстро, возможно входящие в состав некоторых адронов более массивные кварки должны преобразовываться в конце концов в u-кварки и d-кварки. В семействе адронов только нуклоны, которые могут состоять из u-кварков и d-кварков, имеют наибольшее время жизни, так что маломассивные кварки возможно будут наиболее стабильны и распространены во вселенной. Для рождения новых адронов и массивных кварков потребуются столкновения частиц с большой энергией, как это происходит в ускорителях частиц и при взаимодействии космических лучей с веществом.

В предположении калибровочного описания сильного взаимодействия постулируется, что кварки обладают особой внутренней характеристикой, называемой «цвет». При этом у кварков предполагается наличие трёх цветов, что увеличивает количество разновидностей кварков. Каждому кварку q соответствует свой антикварк с противоположными квантовыми числами, включая антицвет. При образовании из кварков (антикварков) адронов комбинация цветных кварков должна дать бесцветный адрон (как в оптике при сложении дополнительных цветов можно получить белый свет). Кварки располагают в три поколения, по два кварка в каждом.

Гипотетическим кваркам приписывается электрический заряд, кратный e/3 (где e – элементарный заряд), и спин ½ в единицах постоянной Дирака ħ. Предполагается, что в каждом поколении один кварк обладает зарядом +2/3, а другой — (−1/3). Исходя из значения спина, кварки будут фермионами. Предполагаемые массы кварков точно не определены, поскольку будут зависеть от условий, в которых их вычисляют. В отличие от наблюдаемых в природе элементарных частиц, кварки возможно будут иметь дробный электрический заряд, и участвовать во всех фундаментальных взаимодействиях постулируемых квантовой теорией, включая электромагнитное, гипотетическое слабое, гипотетическое сильное игравитационное взаимодействия.