Что такое кварк?

Кварк - это крошечная теоретическая частица, которая составляет протоны и нейтроны в атомном ядре. Наряду с глюонами кварки также составляют более экзотические адроны, такие как мезоны, которые не являются стабильными. Это называется теоретическим, потому что, предполагая, что его существование улучшает физическую теорию, оно никогда не наблюдалось напрямую.

Наряду с лептонами - электронами, мюонами, тау и связанными с ними нейтрино и античастицами - кварки составляют всю видимую материю во Вселенной. Они являются единственными фундаментальными частицами, которые взаимодействуют друг с другом через все четыре фундаментальные силы: сильную ядерную силу, слабую ядерную силу, электромагнитную силу и гравитацию. Основным свойством этих частиц является ограничение - все кварки составляют адроны и обязательно никогда не будут независимыми. Описания их физических свойств возникли из квантовой хромодинамики (КХД), теории сильной ядерной силы, которая удерживает атомное ядро ​​вместе.

Как и все другие субатомные частицы, кварки могут быть исчерпывающе описаны тремя квантовыми числами: спин J, четность P и масса m. Поскольку они никогда не изолируются, эти свойства должны быть определены путем наблюдения за крупными частицами, из которых они состоят. Существует шесть известных типов: вверх, вниз, шарм, странный, верх и низ. Эти имена являются чисто произвольными и ничего не говорят о свойствах каждого кварка.

Нормальная материя, составляющая большую часть вселенной, состоит из кварков вверх и вниз, которые являются самыми легкими из частиц. Протон состоит из двух верхних и одного нижнего кварка, а нейтрон состоит из двух нижних и одного восходящего кварка.

Кварки имеют различные массы, которые измеряются в ГэВ (гигаэлектрон-вольт) на квадрат скорости света. Субатомные частицы измеряются с точки зрения энергии, которую они производят, а не массы в граммах. Вниз кварк примерно в два раза массивнее, чем вверх. Странный примерно в 20 раз массивнее пухового кварка. Кварк очарования примерно в 10 раз массивнее, за ним следует нижний, который примерно в три раза массивнее предыдущего, и, наконец, верхний кварк, который является самым массивным из всех. Увеличивающаяся масса имеет тенденцию соответствовать дефициту частицы и требует более экзотических физических условий для ее проявления.

Физики находятся в поисках теоретического кваркового вещества, гипотетической решетки, состоящей из непрерывных кварков, соединенных глюонами. Пока неизвестно, возможен ли физически этот тип материи. Если это так, то это, вероятно, будет найдено в ядре чрезвычайно компактных звезд, которые еще не упали в черную дыру.