Co to jest kwark?

Kwark to niewielka teoretyczna cząstka, która tworzy protony i neutrony w jądrze atomowym. Wraz z gluonami kwarki tworzą także bardziej egzotyczne hadrony, takie jak mezony, które nie są stabilne. Nazywa się to teoretycznym, ponieważ zakładając, że jego istnienie stanowi lepszą teorię fizyki, nigdy nie zaobserwowano go bezpośrednio.

Wraz z leptonami - elektronami, mionami, tau i związanymi z nimi neutrinami i antycząstkami - kwarki tworzą całą widoczną materię we wszechświecie. Są to jedyne podstawowe cząstki, które oddziałują na siebie poprzez wszystkie cztery podstawowe siły: silną siłę jądrową, słabą siłę jądrową, siłę elektromagnetyczną i grawitację. Podstawową właściwością tych cząstek jest uwięzienie - wszystkie kwarki tworzą hadrony i niekoniecznie nigdy nie są niezależne. Opisy ich właściwości fizycznych wynikają z chromodynamiki kwantowej (QCD), teorii silnej siły jądrowej, która utrzymuje jądro atomowe razem.

Podobnie jak wszystkie inne cząsteczki subatomowe, kwarki można opisać wyczerpująco trzema liczbami kwantowymi: spin J, parzystość P i masa m. Ponieważ nigdy nie są izolowane, właściwości te należy wywnioskować obserwując większe cząstki, które tworzą. Istnieje sześć znanych typów: góra, dół, urok, dziwne, góra i dół. Te nazwy są czysto arbitralne i nie sugerują niczego o właściwościach każdego kwarka.

Normalna materia, która stanowi większość wszechświata, składa się z kwarków wznoszących i opadających, które są najlżejszymi cząsteczkami. Proton składa się z dwóch górnych i jednego dolnego kwarku, podczas gdy neutron składa się z dwóch dolnych i jednego górnego kwarku.

Kwarki mają różne masy, które są mierzone w GeV (woltach elektronowych) w stosunku do prędkości światła do kwadratu. Cząstki subatomowe są mierzone raczej pod względem wytwarzanej energii niż masy w gramach. Kwark dolny jest około dwa razy masywniejszy niż góra. Dziwne jest około 20 razy masywniejsze niż kwark. Kwark uroku jest około 10 razy masywniejszy od tego, a następnie u dołu, który jest około trzy razy masywniejszy od ostatniego, i wreszcie kwark górny, który jest najbardziej masywny ze wszystkich. Zwiększenie masy zwykle odpowiada niedoborowi cząsteczki i wymaga bardziej egzotycznych warunków fizycznych do jej manifestacji.

Fizycy poszukują teoretycznej materii kwarków, hipotetycznej sieci złożonej z ciągłych kwarków połączonych gluonami. Nie wiadomo jeszcze, czy ten rodzaj materii jest fizycznie możliwy. Jeśli tak, prawdopodobnie znalazłby się w jądrze niezwykle zwartych gwiazd, które jeszcze nie zapadły się w czarną dziurę.