Kwark: Różnice pomiędzy wersjami

'''Kwark''' – [[cząstka elementarna]]<ref>{{Encyklopedia PWN | tytuł = Kwarki | id = 3929590 | data dostępu = 2021-07-22}}</ref>, [[fermiony|fermion]] mający [[ładunek kolorowy]] (czyli podlegający [[oddziaływanie silne|oddziaływaniom silnym]]). Według obecnej wiedzy [[cząstka elementarna|cząstki elementarne]] będące składnikami [[materia (fizyka)|materii]] można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są [[Lepton (mechanika kwantowa)|leptony]]. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich [[Antymateria|antycząstki]], istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz sześć rodzajów [[antykwark]]ów.

Szansa na potwierdzenie istnienia kwarków pojawiła się w 1968 podczas eksperymentów z [[Rozpraszanie głęboko nieelastyczne|głęboko nieelastycznym rozpraszaniem]] elektronów<ref>[{{Cytuj stronę |url = http://www.physics.ox.ac.uk/documents/PUS/disDIS/SLAC.htm |tytuł = Stanford Linear Accelerator Center] |opublikowany = physics.ox.ac.uk |archiwum = https://web.archive.org/web/20080421192608/http://www.physics.ox.ac.uk/documents/PUS/DIS/SLAC.htm |zarchiwizowano = 2008-04-21}}</ref> w [[Stanford Linear Accelerator Center|SLAC]]. Przy mniejszych energiach elektrony odbijały się od protonu tak, jakby był on jednorodną elastyczną kulką. Przy wzroście energii zderzeń, gdy pęd elektronów zwiększano na tyle, że długość [[Fale materii|fali materii]] tych elektronów stała się mniejsza od rozmiarów protonu, elektrony zaczęły rozpraszać się w taki sposób, jakby zderzały się z punktowymi obiektami wewnątrz protonu (to znaczy miały określoną energię i poruszały się pod określonymi kątami do pierwotnego kierunku). Gdyby ładunek wewnątrz protonu był rozłożony równomiernie, elektrony powinny rozpraszać się pod niewielkimi kątami. Eksperyment natomiast ujawnił nadspodziewanie dużo rozproszeń pod dużymi kątami<ref group=uwaga>Zagadnienie niesprężystości tych zderzeń dla omawianego zjawiska jest problemem wtórnym i nieistotnym. Doświadczenie nazwano głęboko nieelastycznym oddziaływaniem elektron–proton dlatego, że przy tak dużych energiach zderzenia część energii kinetycznej jest zużywana na kreację nowych cząstek.</ref><ref>[{{Cytuj stronę |url = http://www.physics.ox.ac.uk/documents/PUS/dis/DIS.htm |tytuł = ''Rozpraszanie głęboko niesprężyste''] |opublikowany = physics.ox.ac.uk |archiwum = https://web.archive.org/web/20070919183431/http://www.physics.ox.ac.uk/documents/PUS/dis/DIS.htm |zarchiwizowano = 2007-09-19}} Stanford Linear Accelerator Center.</ref>. Jest to efekt analogiczny do obserwowanego 50 lat wcześniej w [[Eksperyment Rutherforda|doświadczeniu Rutherforda]] (niezgodność kąta rozpraszania z oczekiwaniami).

! Masa prądowabieżąca<br />m ([[Elektronowolt|MeV]]/[[prędkość światła|c²]])

! rowspan="7"|

| 1,5–4,0<ref name="masy">{{Cytuj pismo |autor = S. Eidelman i inni |tytuł = Review of Particle Physics |czasopismo = Physics Letters B |data = July 15, 2004 |wydanie = 1–4 |wolumin = 592 |strony = 1–5 |doi = 10.1016/j.physletb.2004.06.001}}</ref>

| 170900±1800<ref name="Summary of Top Mass Results – March 2007">{{cytuj stronę |url = http://www-cdf.fnal.gov/physics/new/top/2007/mass/tevcombination/ |tytuł = Summary of Top Mass Results – March 2007 |język = en |data dostępu =4 lipca 2007-07-04}}</ref>

Wszystkie kwarki są [[fermiony|fermionami]], co oznacza, że podlegają [[Statystyka Fermiego-Diraca|statystyce Fermiego-Diraca]] i mają [[spin (fizyka)|spin]] połówkowy <math>\left( \frac12 \hbar, \frac32 \hbar, \frac52 \hbar, ...\dots \right),</math> gdzie <math>\hbar=\frac{h}{2\pi}</math> a ''h'' jest [[Stała Plancka|stałą Plancka]].

Wszystkie kwarki opisywane są przez zestaw charakterystycznych wielkości zwanych [[liczby kwantowe|liczbami kwantowymi]]. Jedną z nich jest [[zapach (mechanika kwantowa)|zapach]]. Mówi się, że dany kwark ma określony zapach, na przykład kwark ''s'' ma cechę zwaną [[Cząstki dziwne|dziwnością]] (<math>(S= -1),</math>), natomiast kwarki ''c, b'' i ''t'' charakteryzują się odpowiednio liczbami kwantowymi ''C'', ''B'' i ''T''. Są to powab (ang. ''charm''), piękno (''beauty'') i prawda (''truth'').

W związku z faktem uwięzienia kwarków definicja ich [[masa (fizyka)|masy]] jest obarczona pewną dowolnością. Dla kwarków definiuje się więc dwa rodzaje masy. Pierwsza z nich to tak zwana [[masa konstytuentna]] ''M'', wyznaczona na podstawie faktu, iż masa protonu jest niemal taka sama jak masa neutronu. Zdefiniowano więc masę konstytuentną lekkich kwarków <math>m_u\simeq m_d\simeq \frac{m_N}{3},</math> gdzie jako <math>\frac{m_N}{3}</math> oznaczono jedną trzecią część masy [[Nukleony|nukleonu]] (czyli protonu lub neutronu). Masy konstytuentne są wartościami szacunkowymi, nie można ich wyznaczyć na drodze bezpośrednich pomiarów. Ponieważ w wysokoenergetycznych zderzeniach cząstek zbudowanych z kwarków możliwe jest oddzielenie kwarków od otaczającej je chmury [[gluon]]ów, wprowadzono drugi rodzaj masy. W wysokoenergetycznych oddziaływaniach hadronów należy więc brać pod uwagę tak zwane [[masa prądowabieżąca|masy prądowebieżące]] ''m'' (ang. ''current mass''), nazywane także masami gołymi. Wartości mas prądowychbieżących są mniejsze od wartości mas konstytuentnych.

Inną wielkością charakterystyczną dla kwarków jest [[izospin]] (spin izotopowy) ''I'', wielkość kwantowa wprowadzona już w 1932 roku przez [[Werner Heisenberg|Heisenberga]], który początkowo proponował traktowanie protonu i neutronu jako dwóch stanów, w których występować może jedna cząstka – [[Nukleony|nukleon]]. Z czasem okazało się również, że izospin jest wielkością charakteryzującą kwarki. Formalizm podobny do tego, jaki stosuje się dla spinu przewiduje, iż [[multiplet]] o izospinie ''I'' ma 2''I''&nbsp;+&nbsp;1 składników. Tyle więc wartości przybiera trzecia składowa izospinu, <math>I_3.</math> Zgodnie z zasadą kwantyzacji przestrzennej, liczba wartości trzeciej składowej izospinu <math>I_3</math> odpowiada liczbie ustawień wektora izospinu w przestrzeni. Kwarki ''u'' i ''d'' traktuje się jako dublet izospinowy i przypisuje im izospin <math>I=\frac12,</math> zaś pozostałe kwarki (''s'', ''c'', ''b'' i ''t'') są izospinowymi [[singlet]]ami (<math>(I=0).</math>).

Kwarkom przypisuje się jeszcze jeden [[Stopień swobody (fizyka)|stopień swobody]]: [[ładunek kolorowy|kolor]]. Kolory kwarków nie mają nic wspólnego z pojęciem koloru w sensie optycznym – stanowią rodzaje ładunków związanych z oddziaływaniami silnymi. Kolory nie są na stałe przyporządkowane do pojedynczych kwarków, ponieważ między kwarkami zachodzi wymiana kolorów w oddziaływaniach silnych za pośrednictwem gluonów. Wprowadzenie ładunku kolorowego pozwala zachować [[Reguła Pauliego|zasadę Pauliego]] dla niektórych [[Bariony|barionów]]. Każdy zapach (''u, d, s, c, b, t'') kwarka występuje więc w trzech różnych kolorach. Wyróżnia się zatem następujące kolory: ''r'' (ang. ''red'' – czerwony), ''g'' (ang. ''green'' – zielony) i ''b'' (ang. ''blue'' – niebieski), oraz antykolory dla antykwarków: '''<u style="text-decoration:overline">r</u>''' (antyczerwony), <u style="text-decoration:overline">g</u> (antyzielony) i <u style="text-decoration:overline">b</u> (antyniebieski).

[[Ładunek elektryczny|Ładunki elektryczne]] kwarków są ułamkami [[Ładunek elektryczny elementarny|ładunku elementarnego]] i wynoszą <math>+\frac23e</math> lub <math>-\frac13e.</math> [[Liczba barionowa]] każdego kwarka ''q'' jest równa <math>B=\frac13,</math> a dla antykwarka <math>\overline{q}</math> ma wartość <math>B=-\frac13.</math>

! Masa prądowabieżąca<br />m (MeV/c²)

! Masa<br />konstytuentna<br />M ([GeV/c²)]

! rowspan="7"|

<ref name="PTF">Polska nazwa według [[Polskie Towarzystwo Fizyczne|PTF]] – {{cytuj |url = http://web.archive.org/web/20160313093451/http://www.ptf.net.pl/pl/fizyka-fizycy/informacje-o-fizyce-i-fizykach/angielsko-polski-slownik-nowych-terminow-fizycznych/ |tytuł = Angielsko-polski słownik nowych terminów fizycznych |autor = Bernard Jancewicz |data = 2011-02-15 |opublikowany = [[Polskie Towarzystwo Fizyczne]] |data dostępu = 2013-06-25}}</ref>