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Quark

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Quark
Três bolas coloridas (que simbolizam quarks) ligado aos pares por molas (simbolizando glúons), todos dentro de um círculo cinza (simbolizando um próton). As cores das bolas são vermelho, verde e azul, em paralelo carga de cor de cada quark. As bolas vermelhas e azuis são rotulados
Um protões, composto por dois quarks up e um para baixo quark. (A atribuição de cor de quark individuais não é importante, mas apenas que todas as três cores estar presente.)
Composição Partícula elementar
Estatística Fermiônica
Geração 1º, 2º, 3º
Interações Eletromagnetismo , Gravitação , Strong, Fraco
Símbolo q
Antipartícula Antiquark (q)
Teorizou Murray Gell-Mann (1964)
George Zweig (1964)
Descoberto SLAC (~ 1968)
Tipos 6 ( acima, baixa, estranho, encanto, fundo, e top)
Carga elétrica + 2/3 e, - 1/3 e
Cor carga Sim
Rotação 1/2
Número de bárions 1/3

Um quark (pron .: / k w ɔr k / Ou / k w ɑr k /) É uma partícula elementar e um constituinte fundamental da matéria . Quarks se combinam para formar partículas compostas chamadas hádrons, os mais estáveis do que são os prótons e nêutrons , os componentes dos núcleos atômicos . Devido a um fenómeno conhecido como cor confinamento, quarks nunca são diretamente observados ou encontrado em isolamento; eles podem ser encontradas somente em hadríons, tal como bárions (de que prótons e nêutrons são exemplos), e mésons. Por esta razão, muito do que se sabe sobre quarks foi elaborado a partir de observações dos próprios hádrons.

Existem seis tipos de quarks, conhecidos como sabores: acima, baixa, estranho, encanto, fundo, e topo. Quarks up e down têm as menores massas de todos os quarks. Os quarks mais pesados mudar rapidamente para cima e para baixo quarks através de um processo de decaimento de partículas: a transformação de um estado de massa superior a um estado de massa mais baixa. Devido a isso, para cima e para baixo quarks são geralmente estáveis e as mais comuns no universo , enquanto estranho, charmoso, superior e quarks fundo só pode ser produzida em alta energia colisões (tais como os que envolvem raios cósmicos e em aceleradores de partículas).

Quarks possuem várias propriedades intrínsecas, incluindo carga elétrica , carga de cor, massa , e rodada. Quarks são as únicas partículas elementares do Modelo Padrão da física de partículas para experimentar todos os quatro interações fundamentais, também conhecidos como forças fundamentais ( electromagnetismo , gravidade , interação forte, e interacção fraca), bem como as partículas conhecidos apenas cujas taxas eléctrico não são inteiros múltiplos da carga elementar. Para cada sabor quark tem um tipo correspondente antiparticle, conhecido como um antiquark, que difere do quark apenas em que algumas das suas propriedades têm igual magnitude mas de sinal contrário.

O quark modelo foi proposto por físicos de forma independente Murray Gell-Mann e George Zweig em 1964. Quarks foram introduzidas como parte de um esquema de ordenação para hádrons, e havia pouca evidência de sua existência física até experimentos de espalhamento profundamente inelástico no Stanford Linear Accelerator Center, em 1968. Todos os seis sabores de quark desde têm sido observados em experimentos do acelerador; o quark top, observada pela primeira vez em Fermilab, em 1995, foi o último a ser descoberto.

Classificação

Uma mesa de quatro-por-quatro de partículas. As colunas são três gerações de matéria (férmions) e uma das forças (bósons). Nas três primeiras colunas, duas linhas contêm quarks e léptons dois. As duas primeiras colunas fileiras 'conter até (u) e para baixo (d) quarks, charme (c) e estranhos (s) quarks, top (t) e inferior (b) quarks, fótons e (γ) e glúons (g) , respectivamente. Colunas a parte inferior duas linhas 'conter neutrino do elétron (ν sub e) e eletrônica (e), neutrino do múon (ν sub μ) e muão (μ), e neutrino tau (ν sub τ) e tau (τ), e Z sup 0 e W sup ± força fraca. Massa, carga e rotação são listados para cada partícula.
Seis das partículas no modelo padrão são quarks (mostrados em roxo). Cada uma das três primeiras colunas forma uma geração da matéria.

O Modelo Padrão é o referencial teórico que descreve toda a atualmente conhecida partículas elementares, bem como a Bóson de Higgs. Este modelo contém seis sabores de quarks (q), nomeados up (u), para baixo (d), estranho (s), encanto (c), inferior (b), e top (t). Antipartículas dos quarks são chamados antiquarks, e são indicados por uma barra sobre o símbolo para o quark correspondente, tais como u por um antiquark up. Como com antimatéria em geral, antiquarks têm a mesma massa, vida, e girar como seus respectivos quarks, mas a carga elétrica e outra dizer encargos tem o sinal oposto.

Quarks são spin 1/2 partículas, o que implica que sejam fermiones de acordo com a spin-estatísticas teorema. Eles estão sujeitos à Princípio de exclusão de Pauli, que afirma que dois férmions idênticos podem simultaneamente ocupar o mesmo estado quântico. Isto está em contraste com bósons (partículas com spin inteiro), um número qualquer de que pode estar no mesmo estado. Ao contrário léptons, quarks possuem carga de cor, o que faz com que eles se envolver no interação forte. A atracção resultante entre diferentes quark provoca a formação de partículas compostas como conhecidos hádrons (ver " interação e cor carga forte "abaixo).

Os quarks que determinam a números quânticos de hádrons são chamados quarks de valência; Além destes, hádrons podem conter um número indefinido de virtual (ou do mar) quarks, antiquarks, e glúons que não influenciam seus números quânticos. Existem duas famílias de hádrons: bárions, com três quarks de valência, e mésons, com um quark e um antiquark valência. Os bárions mais comuns são os prótons e nêutrons, os blocos de construção do núcleo atômico . Um grande número de hádrons são conhecidos (ver lista de bárions e lista de mesões), a maioria deles diferenciados pelo seu conteúdo quark e as propriedades destes constituintes quark conferem. A existência de hádrons "exóticos" com mais quarks de valência, como tetraquarks (q q q q) e pentaquarks (q q q q q), foi suspeitado, mas não comprovada.

Férmions elementares são agrupados em três gerações, cada uma compreendendo dois léptons e quarks dois. A primeira geração inclui quarks up e down, o segundo quarks estranhos e charme, e a terceira parte inferior e superior quarks. Todas as pesquisas para uma quarta geração de quarks e outros férmions elementares têm falhado, e há fortes evidências indiretas de que não existem mais de três gerações. Partículas em gerações mais altas têm geralmente mais massa e menor estabilidade, fazendo com que eles decadência em partículas de menor geração por meio de interações fracas. Apenas quarks de primeira geração (para cima e para baixo) ocorrem comumente na natureza. Quarks mais pesados só podem ser criados em colisões de alta energia (como naqueles envolvendo raios cósmicos), e decadência rapidamente; no entanto, eles são pensados para ter estado presente durante as primeiras frações de segundo após o Big Bang , quando o Universo estava em uma fase extremamente quente e denso (o quark época). Estudos de quark mais pesados são conduzidas em condições criadas artificialmente, tais como em aceleradores de partículas.

Tendo carga elétrica, massa, carga cor e sabor, quarks são as únicas partículas elementares conhecidas que se dedicam a todos os quatro interações fundamentais da física contemporânea: o eletromagnetismo, a gravitação, a interação forte, e interação fraca. Gravitação é fraco demais para ser relevante para as interações de partículas individuais, exceto em condições extremas de energia ( Planck de energia) e à distância (escalas Planck distância). No entanto, uma vez que nenhum sucesso teoria quântica da gravidade existe, a gravitação não é descrito pelo Modelo Padrão.

Veja a tabela de propriedades abaixo para uma visão mais completa das propriedades dos seis 'sabores de quarks.

História

Retrato Half-length de um homem de cabelos brancos em seus setenta anos de falar. Uma pintura de Beethoven está no fundo.
Murray Gell-Mann em TED em 2007. Gell-Mann e George Zweig propôs o modelo quark em 1964.

O modelo de quark foi proposta de forma independente pelos físicos Murray Gell-Mann e George Zweig em 1964. A proposta veio logo após 1961 formulação de um sistema de classificação de partículas conhecido como o de Gell-Mann Eightfold Way -ou, em termos mais técnicos, SU (3) simetria sabor. Físico Yuval Ne'eman tinha desenvolvido de forma independente um esquema semelhante ao Caminho Óctuplo no mesmo ano.

No momento da criação da teoria dos quarks, o " partícula zoo "inclui, entre outras partículas, uma multidão de hádrons. Gell-Mann e Zweig postulou que eles não eram partículas elementares, mas foram em vez composto por combinações de quarks e antiquarks. Seu modelo envolveu três sabores de quarks- acima, para baixo, e estranha a que se atribuía propriedades, tais como rotação e carga elétrica. A reação inicial da comunidade de físicos a proposta foi mista. Houve especial contenção sobre se o quark era uma entidade física ou uma abstração usada para explicar conceitos que não foram devidamente compreendidos na altura.

Em menos de um ano, foram propostas extensões para o modelo de Gell-Mann-Zweig. Sheldon Glashow e Lee James Bjorken previu a existência de uma quarta sabor de quark, que eles chamaram de charme. A adição foi proposto, pois permitiu uma melhor descrição do interação fraca (o mecanismo que permite que quarks à decadência), empatou o número de quarks conhecidos com o número de conhecidos léptons, e implicou uma fórmula massa que reproduzido correctamente as massas do conhecido mésons.

Em 1968, experimentos de espalhamento profundamente inelástico no Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) mostrou que o protão continha muito menor, objetos de ponto-like e, portanto, não era uma partícula elementar. Os físicos estavam relutantes em identificar esses objetos com quarks na época, em vez chamando-lhes " partons "-a termo cunhado por Richard Feynman . Os objetos que foram observados em SLAC mais tarde seria identificado como quarks up e down como os outros sabores foram descobertos. No entanto, "Parton" permanece em uso como um termo coletivo para os constituintes de hádrons (quarks, antiquarks, e glúons).

A existência do quark estranho foi indiretamente validado por experiências de dispersão do SLAC: não só foi um componente necessário de Gell-Mann e modelo de três quark de Zweig, mas forneceu uma explicação para o kaon (K) e pion (π) hádrons em raios cósmicos descobertos em 1947.

Em um papel 1970, Glashow, John e Iliopoulos Luciano Maiani apresentou mais raciocínio para a existência do as-ainda não descoberto quark encanto. O número de supostos sabores de quarks cresceu à corrente de seis em 1973, quando Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa notar-se que a observação experimental de CP violação poderia ser explicado se havia outro par de quarks.

Quarks charme foram produzidos quase simultaneamente por duas equipes, em Novembro de 1974 (ver Revolução de Novembro) -ona sob a SLAC Burton Richter, e um de Brookhaven National Laboratory sob Samuel Ting. Foram observados os quarks charm preso com antiquarks encanto em mésons. As duas partes tinham atribuído o méson dois símbolos diferentes descobertas, J e ψ; Assim, tornou-se formalmente conhecido como o J / ψ méson. A descoberta finalmente convenceu a comunidade de física de validade do modelo quark.

Nos anos seguintes uma série de sugestões apareceu para estender o modelo quark com seis quarks. Destes, o papel de 1975 pela Haim Harari foi o primeiro a cunhar os termos superior e de fundo para os quarks adicionais.

Em 1977, o quark bottom foi observada por uma equipe da Fermilab liderada por Leon Lederman. Este era um forte indicador da existência do quark top de: sem o quark top, o quark bottom teria sido sem um parceiro. No entanto, não foi até 1995 que o quark top foi finalmente observado, também pela CDF e Equipas fazer no Fermilab. Ele tinha uma massa muito maior do que tinha sido previamente esperado, quase tão grande como um ouro átomo.

Etimologia

Por algum tempo, Gell-Mann estava indeciso sobre uma ortografia real para o termo que ele pretendia moeda, até que encontrou a palavra quark em James Joyce livro 's Finnegans Wake:

Três quarks para Muster Mark!

Claro que ele não tem muito de uma casca

E com certeza qualquer que ele tem é tudo ao lado do alvo.
-James Joyce, Finnegans Wake

Gell-Mann entrou em mais detalhes sobre o nome do quark em seu livro, A Quark eo Jaguar:

Em 1963, quando eu atribuído o nome "quark" para os constituintes fundamentais da nucleon, eu tinha o som de primeira, sem a ortografia, o que poderia ter sido "kwork". Então, em um dos meus espiadelas ocasionais de Finnegans Wake, de James Joyce, me deparei com a palavra "quark" na frase "Três quarks para Muster Mark". Desde "quark" (que significa, por um lado, o grito da gaivota) foi claramente destinada para rimar com "Mark", bem como "casca" e outras palavras, eu tinha que encontrar uma desculpa para declará-la como "kwork ". Mas o livro representa o sonho de um publicano chamado Humphrey Chimpden Earwicker. Palavras no texto são normalmente extraídos de várias fontes ao mesmo tempo, como o " maleta "palavras" Through the Looking-Glass ". De tempos em tempos, frases ocorrem no livro que são parcialmente determinados por convites à apresentação de bebidas no bar. Argumentei, portanto, que talvez uma das várias fontes de o grito" Três quarks para Muster Mark "pode ser" Três litros para Mister Mark ", caso em que a pronúncia" kwork "não seria totalmente injustificado. Em qualquer caso, o número três encaixava perfeitamente a forma como os quarks ocorrem na natureza.

Zweig preferia o nome ace para a partícula que havia teorizado, mas a terminologia de Gell-Mann ganhou destaque uma vez que o modelo quark tinha sido comumente aceita.

Os sabores de quarks receberam seus nomes para um número de razões. Os quarks cima e para baixo são nomeados após os componentes cima e para baixo de isospin , que eles carregam. Quarks estranhos foi dado o seu nome, porque eles foram descobertos para ser componentes da partículas estranhas descobertas em raios cósmicos anos antes foi proposto o modelo quark; estas partículas foram consideradas "estranhas", porque eles tiveram vidas extraordinariamente longas. Glashow, que coproposed quark charm com Bjorken, é citado como dizendo, "Nós chamamos nossa construção do" quark encantado ', para nós fascinado e satisfeito com a simetria que trouxe ao mundo subnuclear. " Os nomes "inferiores" e "superiores", cunhado por Harari, foram escolhidos porque são "parceiros lógicos para cima e para baixo quarks". No passado, os quarks bottom e top foram por vezes referido como "beleza" e "verdade", respectivamente, mas estes nomes têm um pouco caído em desuso. Enquanto a "verdade" nunca disse pegar, complexos acelerador dedicado à produção massiva de quarks inferiores às vezes são chamados " fábricas de beleza ".

Propriedades

Carga elétrica

Quarks tem fracionários valores de carga elétrica - tanto 1/3 ou 2/3 vezes os carga elementar, dependendo do sabor. Up, charme e melhores quarks (colectivamente referidos como up-type quarks) têm uma taxa de + 2/3, enquanto para baixo, estranho, e inferior quarks (quarks down-tipo) têm - 1/3. Antiquarks têm a carga oposta às suas quark correspondentes; up-tipo antiquarks têm cargas de - 2/3 e down-tipo antiquarks têm cargas de + 1/3. Uma vez que a carga eléctrica de um hádrons é a soma das cargas dos quarks constituintes, todas hádrons têm cargas inteiras: a combinação de três quarks (bárions), três antiquarks (antibaryons), ou um quark e um antiquark (mésons) sempre resulta em encargos inteiros. Por exemplo, os constituintes hádron de núcleos atômicos, nêutrons e prótons, têm cargas de 0 e 1, respectivamente; o nêutron é composto de dois para baixo quarks up e um quark e do próton de dois quarks up e um quark down.

Rotação

Spin é uma propriedade intrínseca de partículas elementares, e a sua direcção é um importante grau de liberdade. Às vezes, é visualizada como a rotação em torno de um objecto do seu próprio eixo (daí o nome " girar "), embora esta noção é um pouco equivocada em escalas subatômicas porque as partículas elementares são acreditados para ser ponto-like.

Rotação pode ser representada por um vector , cujo comprimento é medido em unidades de a Planck reduzido constante h (pronuncia-se "h bar"). Para quark, uma medição do vector de rotação componente em qualquer eixo só pode produzir os valores + H / 2 ou - H / 2; por esta razão quark são classificados como spin 1/2 partículas. O componente de rotação ao longo de um determinado eixo-a convenção do eixo-z é muitas vezes indicado por uma seta para cima ↑ para o valor de + 1/2 e seta para baixo ↓ para o valor - 1/2, colocado após o símbolo para o sabor. Por exemplo, um quark-se com uma rotação de + 1/2 ao longo do eixo z é denotado por u ↑.

Interação fraca

Um diagrama de árvore que consiste principalmente de flechas retas. Um para baixo quark garfos em um quark up e um ondulado seta W [sobrescrito menos] de Higgs, a última bifurcação em um elétron e inverteu-seta antineutrino do elétron.
Diagrama de Feynman de decaimento beta com o tempo que flui para cima. A matriz CKM (discutido abaixo) codifica a probabilidade de esta e outras decaimentos quark.

Um quark de um sabor pode se transformar em um quark de um outro sabor somente através da interação fraca, um dos quatro interações fundamentais da física de partículas. Ao absorver ou emitir um Bóson W, qualquer quark up-tipo (-se, charme e quarks top) pode se transformar em qualquer tipo de quark down (para baixo, estranho, e quarks bottom) e vice-versa. Este mecanismo faz com que a transformação sabor processo radioactivos de decaimento beta, em que um nêutron (n) "splits" em um próton (p), um elétron (e -) e um antineutrino do elétron
e) (ver imagem). Isso ocorre quando um dos quarks para baixo na nêutrons (u d d) decai em um quark-se emitindo um W virtual - o bóson, transformando o nêutron em um próton (u u d). O W - bóson então decai em um elétron e um antineutrino do elétron.

n p + e - + ν
e
(O decaimento beta, notação de hádrons)
u d d u u d + e - + ν
e
(O decaimento beta, notação quark)

Ambos decaimento beta e o processo inverso de decaimento beta inverso são rotineiramente usados em aplicações médicas, como A tomografia por emissão de pósitrons (PET) e em experimentos de alta energia, tais como detecção de neutrinos.

Três bolas
O pontos fortes das interações fracas entre os seis quarks. Os "intensidades" das linhas são determinadas pelos elementos do Matriz CKM.

Enquanto o processo de transformação de sabor é o mesmo para todos os quark, cada quark tem uma preferência para o transformar em quark de geração própria. As tendências relativas de todas as transformações de sabor são descritos por uma tabela matemático , o chamado Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matriz (matriz CKM). Os aproximados magnitudes das entradas da matriz CKM são:

| V_ud | ≅ 0,974; | V_us | ≅ 0,225; | V_ub | ≅ 0.003; | V_cd | ≅ 0,225; | V_cs | ≅ 0,973; | V_cb | ≅ 0,041; | V_td | ≅ 0.009; | V_ts | ≅ 0.040; | V_tb | ≅ 0.999.

onde V ij representa a tendência de um quark de sabor i para mudar para um quark de sabor j (ou vice-versa).

Existe uma matriz fraca interacção equivalente para leptones (lado direito do W Higgs no diagrama de decaimento beta acima), a chamada Matriz Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (matriz PMN). Juntos, o CKM e matrizes PMN descrever todas as transformações de sabor, mas as ligações entre os dois ainda não são claros.

Interação forte e carga de cor

Um verde e um magenta (
Todos os tipos de hádrons têm carga total cor zero.
O padrão de fortes taxas para as três cores de quarks, três antiquarks, e oito glúons (com dois de carga zero sobreposição).

Conforme QCD, quarks possuem uma propriedade chamada carga de cor. Existem três tipos de carga de cor, arbitrariamente marcadas azul, verde e vermelho. Cada um deles é complementada por um antiblue anticolor-, antigreen, e antivermelho. Cada quark transporta uma cor, enquanto cada antiquark carrega uma anticor.

O sistema de atração e repulsão entre quarks carregados com diferentes combinações das três cores é chamada interacção forte, que é mediado pela partículas de força realização conhecidas como glúons; isto é discutido em detalhe abaixo. A teoria que descreve as interações fortes é chamado cromodinâmica quântica (QCD). Um quark carregado com um valor de cor pode formar uma sistema ligado com um antiquark carregando o anticor correspondente; três quark (anti), um de cada (anti) de cor, da mesma forma, ser ligadas entre si. O resultado de dois quarks atraindo será neutralidade de cor: um quark com ξ carga de cor, mais um antiquark com carga de cor - ξ irá resultar em uma carga de cor de 0 (ou cor "branca") ea formação de um méson. De forma análoga ao modelo de cor aditivo na base óptica , a combinação de três quark ou três antiquarks, cada um com diferentes cargas de cor, vai resultar na mesma "branco" carga de cor e a formação de um ou bárion antibaryon.

Em física de partículas moderna, medir simetrias, uma espécie de simetria grupo-relacionar as interações entre partículas (ver teorias de gauge). Cor SU (3) (comumente abreviado para SU (3) c) é a simetria de calibre que relaciona a carga de cor em quarks e é a simetria de definição para cromodinâmica quântica. Assim como as leis da física são independentes dos quais direções no espaço são designados x, y, e z e permanecerá inalterado se os eixos coordenados são rodados para uma nova orientação, a física da cromodinâmica quântica é independente de quais direções em três dimensões espaço de cores são identificados como azul, vermelho e verde. SU (3) c transformações de cores correspondem a "rotações" no espaço de cor (que, matematicamente falando, é uma espaço complexo). Cada sabor quark F, cada um com os subtipos B f, F L, M R correspondente às cores quark, forma um tripleto: um componente de três campo quântico que transforma sob o fundamento representação do SU (3) c. A exigência de que SU (3) c deve ser local, isto é, que as suas transformações ser permitido variar com o espaço e tempo-determina as propriedades da interacção forte, em particular a existência de oito tipos glúons para atuar como seus mediadores de forças.

Massa

Massa corrente do quark para todos os seis sabores em comparação, como bolas de volumes proporcionais. Proton e eletrônica (vermelho) são mostrados no canto inferior esquerdo para a escala

Dois termos são utilizados ao referir-se a massa de um quark: massa quark corrente refere-se para a massa de um quark, por si só, enquanto massa quark constituinte refere-se à massa do quark corrente mais a massa do glúon campo de partículas em torno do quark. Estas massas tipicamente têm valores muito diferentes. A maior parte da massa de um hadron vem dos glúons que ligam os quarks constituintes em conjunto, em vez de partir dos próprios quarks. Enquanto glúons são inerentemente sem massa, eles possuem energia-mais especificamente, vinculativo cromodinâmica quântica energia (QCBE) -e é isso que contribui fortemente para a massa total do hadron (veja massa na relatividade especial). Por exemplo, um próton tem uma massa de aproximadamente 938 MeV / c 2, de que a massa de repouso de seus três quarks de valência só contribui cerca de 11 MeV / c 2; a maior parte do restante pode ser atribuída a QCBE dos glúons.

O Modelo Padrão postula que as partículas elementares derivar suas massas do Mecanismo de Higgs, que está relacionado com o Bóson de Higgs. Os físicos esperam que mais pesquisas sobre as razões para a grande massa do topo do quark, que foi encontrado para ser aproximadamente igual ao de um núcleo de ouro (~ 171 GeV / c 2), pode revelar mais sobre a origem da massa de quarks e outras partículas elementares.

Tabela das propriedades

A tabela a seguir resume as principais propriedades dos seis quarks. Flavor números quânticos ( isospin (I 3), encanto (C), estranheza (S, não deve ser confundida com rotação), topness (T), e bottomness (B ')) são atribuídos a certos sabores de quarks, e denotam qualidades de sistemas e hádrons à base de queijo fresco batido. O número de bárions (B) é + 1/3 para todos os quarks, como bárions são feitos de três quarks. Para antiquarks, a carga eléctrica (Q) e todos os números de sabor quânticos (B, I 3, C, S, T, e B ') são de sinal oposto. Missa e total de momento angular (J; igual a girar por partículas pontuais) não mudam sinal para os antiquarks.

Propriedades de sabor Quark
Nome Símbolo Massa ( MeV / c 2) * J B Q I 3 C S T B ' Antipartícula Símbolo antipartícula
Primeiro geração
Para cima u 1,7-3,1 1/2 + 1/3 + 2/3 + 1/2 0 0 0 0 Antiup u
Baixa d 4,1-5,7 1/2 + 1/3 - 1/3 - 1/2 0 0 0 0 Antidown d
Segunda geração
Encanto c 1290 50
-110
1/2 + 1/3 + 2/3 0 +1 0 0 0 Anticharm c
Estranho s 100 +30
-20
1/2 + 1/3 - 1/3 0 0 -1 0 0 Antistrange s
Terceira geração
Topo t 172.900 ± 600 ± 900 1/2 + 1/3 + 2/3 0 0 0 +1 0 Antitop t
Fundo b 4190 180
-60
1/2 + 1/3 - 1/3 0 0 0 0 -1 Antibottom b
J = momento angular, B = número de bárions, Q = carga elétrica , I 3 = isospin , C = encanto, S = estranheza, T = topness, = B ' bottomness.
* Notation como 4.190 +180
-60 Denota incerteza de medição. No caso de a parte superior do quark, o primeiro é a incerteza estatística na natureza, e o segundo é sistemático.

Interagindo quarks

Tal como descrito pela cromodinâmica quântica, a forte interação entre quarks é mediada por glúons, sem massa vetor bósons. Cada glúon transporta uma carga de cor e uma carga anticor. No quadro padrão de interacções entre partículas (parte de uma formulação mais geral conhecido como teoria de perturbação), glúons são constantemente trocadas entre quarks através de um emissão virtual e processo de absorção. Quando um glúons são transferidos entre quarks, uma mudança de cor ocorre em ambos; por exemplo, se um quark vermelho emite um glúon red-antigreen, torna-se verde, e se um quark verde absorve um glúon red-antigreen, torna-se vermelho. Portanto, enquanto a cor de cada quark muda constantemente, a sua interacção forte é preservada.

Desde glúons transportar carga de cor, eles próprios são capazes de emitir e absorver outros glúons. Isto faz com que liberdade assintótica: como quarks aproximar-se uns aos outros, a força de ligação entre eles chromodynamic enfraquece. Por outro lado, como a distância entre quarks aumenta, a força obrigatória fortalece. O campo de cor torna-se estressado, tanto quanto um elástico está estressado quando esticada, e mais glúons de cor apropriada são criadas espontaneamente para fortalecer o campo. Acima de um certo limiar de energia, pares de quarks e antiquarks são criados. Estes pares de ligar com os quarks sendo separados, causando novos hadrões a se formar. Este fenômeno é conhecido como cor confinamento: quarks nunca aparecem de forma isolada. Este processo de hadronization ocorre antes quark, formadas em uma colisão de alta energia, são capazes de interagir de qualquer outra forma. A única exceção é o quark top, que pode decair antes de hadronizes.

Quarks do mar

Hadríons, juntamente com o quarks de valência (q
v) que contribuem para a sua números quânticos, contêm pares conhecidas como quarks quark-antiquark mar virtual (q q) (q
s). Sea quarks forma quando um glúon de divisões de campo cor do hádron; Este processo também funciona em sentido inverso, em que o aniquilação de dois quarks do mar produz um glúon. O resultado é um fluxo constante de splits glúons e criações coloquialmente conhecido como "o mar". Quarks do mar são muito menos estável do que suas contrapartes de valência, e eles tipicamente aniquilar uns aos outros no interior do hadron. Apesar disso, os quarks do mar pode hadronizar em partículas ou bariônica mesonic sob determinadas circunstâncias.

Outras fases da matéria quark

Existe plasma de quarks-glúons em temperaturas muito altas; a fase hadrônica existe em baixas temperaturas e densidades bariônica, em particular matéria nuclear para relativamente baixas temperaturas e densidades intermédios; supercondutividade cor existe a temperaturas suficientemente baixas e altas densidades.
Uma rendição qualitativa do diagrama de fases da matéria quark. Os detalhes precisos do diagrama são objecto de investigação em curso.

Sob condições suficientemente extremos, quarks podem tornar-se deconfined e existem como partículas livres. No decurso de liberdade assintótica, a interacção forte torna-se mais fraca a temperaturas mais elevadas. Eventualmente, cor confinamento seria perdida e uma extremamente quente plasma de quarks e glúons que se movem livremente seria formado. Esta fase teórica da matéria é chamada plasma de quarks-glúons. As condições exactas necessárias para dar origem a este estado são desconhecidas e ter sido alvo de uma grande especulação e experimentação. Uma estimativa recente coloca a temperatura necessária em 1,90 ± 0,02 × 10 12 Kelvin . Enquanto um estado de quarks e glúons livres inteiramente nunca foi alcançado (apesar de numerosas tentativas de CERN, em 1980 e 1990), recentes experiências no Collider pesado Relativistic do íon produziram evidências para quark tipo líquido importa exibindo "quase perfeito" movimento fluido.

O plasma quark-glúon seria caracterizado por um grande aumento no número de pares de quarks mais pesados em relação ao número de cima e para baixo pares de quarks. Acredita-se que no período anterior a 10 -6 segundos após o Big Bang (o quark época), o universo estava cheio de plasma quark-glúon, como a temperatura foi muito alta para hádrons para ser estável.

Dadas as densidades suficientemente alta Baryon e temperaturas relativamente baixas, possivelmente comparáveis aos encontrados em matéria de nêutrons estrelas-quark é esperado para degenerar em um Fermi líquido de quarks que interagem fracamente. Este líquido será caracterizada por um condensação de quark colorido Pares de Cooper, com isso quebrando o SU (3) c simetria local. Porque pares quark Cooper abrigar carga de cor, tal fase da matéria quark seria supercondutores cor; isto é, carga de cor seria capaz de passar através dela sem resistência.

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