Кварк — це фундаментальна частинка, яка разом з електронами та нейтрино є будівельним блоком матерії. Кварки вважаються елементарними частинками, тобто вони не складаються з більш дрібних частинок.
Види кварків
Кварки бувають шести різних «ароматів»: верх, низ, чарівність, дивний, верхній і нижній.
Властивості кварків
Кварки мають різні внутрішні властивості, такі як маса, електричний заряд, кольоровий заряд і спін.
Кольоровий заряд
Кольоровий заряд – це властивість кварків, яка визначає їхню поведінку під час сильної взаємодії. Згідно з квантовою хромодинамікою (QCD), існує три типи кольорового заряду: синій, зелений та червоний. Кожен з них має свою антикольорову пару – антисиній, антизелений та античервоний. Кожен кварк має кольоровий заряд, тоді як кожен антикварк має антикольоровий заряд.
Електричний заряд
Кварки мають дробові значення електричного заряду – або − 1⁄3 або + 2⁄3 від елементарного заряду, залежно від аромату. Кварки типу “верхній” (up), “чарівний” (charm) та “справжній” (top) мають заряд + 2⁄3, тоді як кварки типу “нижній” (down), “дивний” (strange) та “красивий” (bottom) мають заряд − 1⁄3. Антикварки мають протилежний заряд до відповідних кварків; антикварки типу “верхній” мають заряд − 2⁄3, а антикварки типу “нижній” мають заряд + 1⁄3.
Спін
Спін – це внутрішня властивість елементарних частинок, а його напрямок є важливим ступенем свободи. Спін можна представити у вигляді вектора, довжина якого вимірюється у одиницях зменшеної сталої Планка ħ (читається як “h bar”). Для кварків вимірювання компоненти спінового вектора вздовж будь-якої осі може дати лише значення + ħ /2 або − ħ /2; з цієї причини кварки класифікуються як частинки зі спіном 1⁄2.
Маса кварків
Маса кварків залежить від їхнього типу. Кварки типу “верхній” (up) та “нижній” (down) є найлегшими з усіх кварків, але їхня маса все ще не точно визначена. Оцінки маси кварка “верхній” коливаються від 1,7 до 3,3 МеВ/с², а маса кварка “нижній” – від 4,1 до 5,8 МеВ/с². Інші кварки – “дивний” (strange), “чарівний” (charm), “красивий” (bottom) та “справжній” (top) – є значно важчими. Наприклад, маса кварка “справжній” становить близько 173 ГеВ/с².
Взаємодія кварків між собою
Кварки взаємодіють один з одним через сильну взаємодію, яка передається за допомогою обміну глюонами. Глюони – це частинки, які переносять силу між кварками та зв’язують їх у складні частинки, такі як протони та нейтрони. Сильна взаємодія є найсильнішою з усіх фундаментальних взаємодій, але її дія обмежена дуже малими відстанями.
Кварк ніколи не зустрічається ізольовано, але завжди існують у комбінаціях двох або трьох, щоб утворити складні частинки, такі як протони та нейтрони. Вивчення кварків та їх взаємодії є важливою сферою досліджень у фізиці елементарних частинок, яка дає змогу зрозуміти фундаментальну природу матерії та Всесвіту.