Un quark ( kwɔrk ) es un tipo genérico de partícula física que forme uno de los dos componentes básicos de la materia, el otro ser el Lepton . Las varias especies de quarks combinan de maneras específicas de formar los protones y los neutrones, en cada caso que toma exactamente tres quarks para hacer la partícula compuesta en la pregunta.
Hay seis diversos tipos de quark, sabidos generalmente pues el condimenta : encima de, abajo, encanto, extraño, superior, y inferior. (Sus nombres fueron elegidos arbitrariamente basaron en la necesidad de nombrarlos algo que se podría recordar y utilizar fácilmente.) Hacia arriba y hacia abajo las variedades sobreviven en la profusión, y son distinguidas por (entre otras cosas) su carga eléctrica. Es la que diferencia cuando los quarks agrupan juntos para formar los protones o los neutrones: un protón se compone de dos quarks ascendentes y de un abajo quark, rindiendo una carga neta de +1; mientras que un neutrón contiene uno encima del quark y de dos abajo quarks, rindiendo una carga neta de 0.
Los Quarks son las partículas fundamentales del único que obran recíprocamente con los cuatro de las fuerzas del fundamental.
Las antipartículas de quarks se llaman los antiquarks .
Los quarks aislados nunca se encuentran naturalmente; se encuentran casi siempre en grupos de dos (los mesones ) o grupos de tres (los Baryons ) Hadrons llamados . Ésta es una consecuencia directa del confinamiento .
Origen de la palabra
La palabra fue acuñada original por el Murray Gell-Mann como palabra de absurdo que rimaba con el " pork", pero sin un deletreo. Más adelante, él encontró el " de la palabra; quark" en la estela de Finnegans del libro de de James Joyce, y utilizado el deletreo pero no la pronunciación: ¡quarks deltres del
para la marca de la asamblea!
él no ha conseguido Sure mucho de un
de la corteza y seguro cualquiera que él lo tenga es todo al lado de la marca. En este contexto, la palabra rima con el " mark", y " bark", solamente el término de la física es " pronunciado; kwork". Propia explicación de Gell-Mann:
l en 1963, cuando asigné el " conocido; quark" a los componentes fundamentales del nucleón, tenía el primer sano, sin el deletreo, que habría podido ser " kwork". Entonces, en una de mis lecturas atentas ocasionales de la estela de Finnegans, por James Joyce, parecí el " de la palabra; quark" en el " de la frase; Tres quarks para la asamblea Mark". Desde " quark" (significado, para una cosa, el grito de la gaviota) fue pensado claramente rimar con el " Marca, " así como " bark" y otras tales palabras, tuve que encontrar una excusa para pronunciarla como " kwork". Pero el libro representa el sueño de un publicano nombrado Humphrey Chimpden Earwicker. Las palabras en el texto se extraen típicamente de varias fuentes inmediatamente, como el " portmanteau" palabras en " Con el Glass" de mirada;. De vez en cuando, las frases ocurren en el libro que son determinadas parcialmente por las llamadas para las bebidas en la barra. Discutí, por lo tanto, que quizás uno de las fuentes múltiples del " del grito; Tres quarks para la asamblea Mark" pudo ser el " Tres cuartos de galón para señor Mark, " en este caso el " de la pronunciación; kwork" no ser total injustificado. En todo caso, el número tres cupo perfectamente la manera que los quarks ocurren en naturaleza.
El " de la frase; quarks" tres; está un ajuste particularmente bueno (según lo mencionado en la cotización antedicha), como en ese entonces, había solamente tres quarks sabidos, y puesto que los quarks aparecen en grupos de tres en baryons.
En el uso de Joyce, es aves marinas que dan el " quarks" tres;, relacionado con tres aclamaciones, " quark" tener un significado del grito de una gaviota (probablemente onomatopeya, como " quack" para los patos). La palabra es también un retruécano en la relación entre el Munster y su capital de provincia, corcho .
Quarks libres
Ninguna búsqueda para los quarks libres o las cargas eléctricas fraccionarias ha vuelto evidencia convincentemente. La ausencia de quarks libres por lo tanto se ha incorporado en la noción del confinamiento, que, él se cree, la teoría de quarks debe poseer.Se espera que el confinamiento comenzó como observación experimental, y siga de la teoría moderna de las interacciones fuertes llamadas el chromodynamics (QCD) de Quantum. Aunque no haya derivación matemática del confinamiento en QCD, es fácil demostrar usar la teoría del calibrador del enrejado.
Sin embargo, puede ser posible cambiar el confinamiento creando la materia densa o caliente del Quark. Estas nuevas fases de la materia QCD se han predicho teóricamente, y las búsquedas experimentales para ellas ahora han comenzado.
Características del confinamiento y del quark
considera también:
l confinamiento del color Cada partícula subatómica es descrita totalmente por un pequeño sistema de observables tales como m de la masa y números de Quantum tal como S de la vuelta y P de la paridad . Estas características son determinadas generalmente directo por experimentos. Sin embargo, el confinamiento hace imposible medir estas características de quarks. En lugar, deben ser deducidos de las características mensurables de las partículas compuestas que se componen de quarks. Tales inferencias generalmente se hacen lo más fácilmente posible para ciertos números de quántum aditivos llamados los sabores .
Las partículas compuestas hechas de quarks y de antiquarks son los Hadrons que éstas incluyen los mesones que consiguen sus números de quántum de un quark y de un antiquark, y los Baryons que consiguen los suyos a partir de tres quarks. Los quarks (y los antiquarks) que imparten números de quántum a los hadrons se llaman los quarks de la valencia del . Aparte de éstos, cualquier hadron puede contener un número indefinido de quarks, de antiquarks y de Gluons virtuales que juntos no contribuyan nada a sus números de quántum. Tales quarks virtuales se llaman los quarks del mar del .
Sabor
Cada quark se asigna un número de Baryon, del B; = 1/3, y un vanishing L del número del Lepton; = 0 . Tienen carga eléctrica, Q, cualquier fraccionario del Q; = +2/3 de o del Q; = −1/3 . El anteriores se llaman para arriba-tipo quarks, estes 3ultimo, abajo-tipo quarks . Cada quark del se asigna una isospina débil : del Tz; = +1/2 para un para arriba-tipo quark del y el del Tz; = −1/2 para un abajo-tipo quark del . Cada doblete de la isospina débil define una generación del de quarks. Hay tres generaciones, y por lo tanto seis sabores del quarks - el para arriba-tipo sabores del del quark de está para arriba, encanto y tapa; el abajo-tipo sabores del del quark de está abajo, extraño, y parte inferior (cada lista está en la orden de la masa cada vez mayor).El número de generaciones de quarks y los leptons son iguales en el modelo estándar. El número de generaciones de leptons con un neutrino ligero es obligado fuerte por experimentos en el LEP en CERN y por las observaciones de la abundancia del helio en el universo. La medida de precisión del curso de la vida del bosón Z en el LEP obliga al número de generaciones ligeras del neutrino que sea tres. Las observaciones astronómicas de la abundancia del helio dan resultados constantes. Los resultados de las búsquedas directas para un de cuarta generación dan límites en la masa del quark de cuarta generación posible más ligero. El límite más riguroso viene del análisis de resultados del collider de Tevatron en el Fermilab, y demuestra que la masa de un quark de cuarta generación debe ser mayor de 190 el GeV . Los límites adicionales en las generaciones adicionales del quark vienen de las medidas del quark que se mezclan realizadas por la belleza de los experimentos y el BaBar .
Cada sabor define un número de quántum que se conserve bajo interacciones fuertes pero no las interacciones débiles la magnitud de sabor que cambia en la interacción débil se codifican en una estructura llamada la matriz CKM. Esto también codifica la violación del CP permitida en el modelo estándar. Los números de quántum del sabor se describen detalladamente en el artículo sobre el sabor .
Vuelta
Los números de Quantum que corresponden a las simetrías No-Abelianas como rotaciones requieren más cuidado en la extracción, puesto que no son aditivos. En el modelo de quark uno construye los mesones fuera de un quark y de un antiquark, mientras que los Baryons se construyen a partir de tres quarks. Puesto que los mesones son los bosones (teniendo vueltas del número entero y baryons son los fermios (teniendo vueltas del mitad-número entero), el modelo de quark implica que los quarks son fermios. Además, el hecho de que los baryons más ligeros tengan spin-1/2 implica que cada quark puede tener del S de la vuelta; = el 1/2 . Las vueltas de mesones y de baryons emocionados son totalmente constantes con esta asignación.
Color
considera también:
la carga de color Puesto que los quarks son fermios, el principio de exclusión de Pauli implica que los tres quarks de la valencia deben estar en una combinación antisimétrica en un baryon. Sin embargo, el Q de la carga; = baryon de 2, Δ++ (que es uno cuatro de del Iz de la isospina; = los baryons de 3/2 ) se pueden hacer solamente de tres quarks del u con vueltas paralelas. Puesto que esta configuración es simétrica bajo intercambio de los quarks, implica que existe otro número de quántum interno, que entonces haría la combinación antisimétrica. Esto se da el " conocido; " del color ;, aunque no tenga nada hacer con la opinión de la frecuencia (o de la longitud de onda) de la luz, que es el significado generalmente del '' color '' . Este número de quántum es la carga implicada en la teoría del calibrador llamada el chromodynamics (QCD) de Quantum.
El único la otra partícula coloreada es el Gluon, que es el bosón de calibrador de QCD. Como el resto de las teorías no-Abelianas del calibrador (y desemejante de la electrodinámica de Quantum) los bosones de calibrador obran recíprocamente el uno con el otro por la misma fuerza que afecta a los quarks.
El color es un calibrado SU (3) simetría de . Los Quarks se ponen en la representación fundamental, 3, y por lo tanto se vienen en tres colores (rojo, verde, y azul). Los Gluons se colocan en la representación, 8 de Adjoint, y por lo tanto se vienen en ocho variedades.
Masas del Quark
Aunque uno hable de masa del quark in the same way as la masa de cualquier otra partícula, la noción de la masa para los quarks es complicada por el hecho de que los quarks no se pueden encontrar libres en naturaleza. Consecuentemente, la noción de una masa del quark es una construcción teórica del, que tiene sentido solamente cuando uno especifica exactamente el procedimiento usado para definirlo.
Masa actual del quark
Aproximado quiral simetría Quantum chromodynamics, por ejemplo, permite uno definir cociente entre vario (encima de, abajo y extraño) quark masa por combinación de masa de seudoescalar mesón octeto en Quark modelo por quiral perturbación teoría, dandoEl hecho de que el ascendente del quark tenga masa de es importante, puesto que no habría problema fuerte del CP si era sin masa. Los valores absolutos de las masas se determinan actual de las reglas de suma QCD (también llamado el las reglas de suma de la función espectral ) y del enrejado QCD . Las masas determinadas de este modo se llaman las masas actuales del quark del . La conexión entre diversas definiciones de las masas actuales del quark necesita la maquinaria llena de la renormalización para su especificación.
Masa del quark de la valencia
Otro, más viejo, método de especificar las masas del quark era utilizar la fórmula total de Gell-Mann-Nishijima en el modelo de Quark, que conectan masas del Hadron con las masas del quark. Las masas determinadas tan se llaman las masas constitutivas del quark del, y son perceptiblemente diferentes de las masas actuales del quark definidas arriba. Las masas constitutivas no tienen cualquier significado dinámico más otro.
Masas pesadas del quark
Las masas del encanto pesado y los quarks inferiores se obtienen de las masas de los hadrons que contienen un solo quark pesado (y un antiquark ligero o dos quarks ligeros) y del análisis del quarkonia . Los cómputos del enrejado QCD usar la teoría eficaz (HQET) del quark pesado o el chromodynamics no relativista (NRQCD) del quántum se utilizan actual para determinar estas masas del quark.El quark superior es suficientemente pesado que el Perturbative QCD se puede utilizar para determinar su Massachusetts. Antes de su descubrimiento en 1995, las mejores estimaciones teóricas de la masa del quark superior se obtienen del análisis global de las pruebas de la precisión del modelo estándar . El quark superior, sin embargo, es único entre quarks en que decae antes teniendo una ocasión de hadronize. Así, su masa se puede medir directo de los productos de decaimiento resultantes. Esto se puede hacer solamente en el Tevatron que es el único acelerador de partícula bastante enérgio para producir quarks superiores en abundancia.
Características de quarks
La tabla siguiente resume las características dominantes de los seis quarks sabidos:
Antiquarks
Los números de quántum aditivos de antiquarks son iguales en magnitud y contrario en muestra a los de los quarks. La simetría CPT los fuerza para tener la misma vuelta y para formarse que el quark correspondiente. Las pruebas de la simetría de CPT no se pueden realizar directo en los quarks y los antiquarks, debido al confinamiento, sino se pueden realizar en hadrons. La notación de antiquarks sigue el de la antimateria en general: ascendente quark es denotado por , y un quark anti-para arriba es denotado por el .
Subestructura
Algunas extensiones del modelo estándar comienzan con la asunción que los quarks y los Leptons tienen subestructura . Es decir estos modelos asumen que las partículas elementales del modelo estándar son de hecho partículas compuestas, hechas de algunos otros componentes elementales. Tal asunción está abierta a las pruebas experimentales, y estas teorías son obligadas seriamente por datos. No hay actualmente evidencia de tal subestructura. Para más detalles ver el artículo sobre el Preons
Historia
La noción de quarks se desarrolló fuera de una clasificación de los Hadrons desarrollados independiente en 1961 por el Murray Gell-Mann y el Kazuhiko Nishijima, que va hoy en día por el nombre del modelo de Quark . Juntas las partículas agrupadas esquema con isospina y extrañeza usar una simetría unitaria derivaron de la álgebra actual, que reconocemos hoy como parte de la simetría quiral aproximada de QCD. Esto es un global SU (3) la simetría del sabor de, que no se debe confundir con la simetría del calibrador de QCD.En este esquema los mesones más ligeros (spin-0) y los baryons (½ de la vuelta) se agrupan juntos en los octetos, 8, de la simetría del sabor. Una clasificación de los baryons spin-3/2 en el 10 de la representación rindió una predicción de una nueva partícula, Ω−, el descubrimiento cuyo en 1964 llevó a la aceptación amplia del modelo. El que falta 3 de la representación fue identificado con los quarks.
Este esquema fue llamado la manera multiplicada por ocho por Gell-Mann, un conflation listo de los octetos del modelo con la manera multiplicada por ocho del Buddhism . Él también eligió el quark conocido del y lo atribuyó a la oración “tres quarks para estela de Finnegans de s de Joyce James de la marca de la asamblea” en la '. En contestación a la demanda común que él realmente no creyó que los quarks eran entidades físicas verdaderas, Gell-Mann se ha cotizado como decir - " que es baloney. He explicado tan muchas veces que creí del principio que los quarks fueron confinados dentro de objetos como los neutrones y los protones, y en mis papeles tempranos en quarks describí cómo podrían ser confinados o por una masa infinita y una energía de enlace infinita, o por un potencial que se levantaba al infinito, que es lo que creemos hoy para estar correcto. Desafortunadamente, referí a quarks confined como “ficticios”, significando que no podrían emerger para ser utilizado para los usos tales como catálisis de la fusión nuclear. " de ;
El análisis de ciertas características de las reacciones de la alta energía de hadrons llevó el Richard Feynman a postular las subestructuras de los hadrons, que él llamó los partons (puesto que forman la pieza del de hadrons). Un escalamiento de las secciones representativas de la dispersión profundamente inelástica derivó de álgebra actual por el James que Bjorken recibió una explicación en términos de partons. Cuando el escalamiento de Bjorken fue verificado en un experimento en 1969, fue observado inmediatamente que los partons y los quarks podrían ser la misma cosa. Con la prueba de la libertad asintótica en QCD en 1973 por el David gana en total, Frank Wilczek y el David Politzer la conexión fue establecido firmemente.
El quark de encanto fue postulado por el Sheldon Glashow, Juan Iliopoulos y el Luciano Maiani en 1970 para prevenir cambios unphysical del sabor en débil decae que ocurriría de otra manera en el modelo estándar . El descubrimiento en 1974 del mesón que vino ser llamado el J/ψ llevó al reconocimiento que fue hecho de un quark de encanto y de su antiquark.
La existencia de una tercera generación de quarks fue predicha por el Makoto Kobayashi y el Toshihide Maskawa en 1973 quién realizó que la violación observada de la simetría del CP por los Kaons neutrales no se podría acomodar en el modelo estándar con dos generaciones de quarks. El quark inferior fue descubierto en 1977 y el quark superior en 1996 en el collider de Tevatron en el Fermilab .
Ver también
El fundamental fuerza y las interacciones fuertes * Gluons * chromodynamics de Quantum y partons .Confinamiento, Deconfinement, materia del Quark y libertad asintótica
Detalles de la descripción y del modelo estándar, la matriz CKM y simetría del CP.
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