Что такое кварки, какие у них свойства и почему они не встречаются поодиночке.
Строительные блоки адронов
Кварки — фундаментальные фермионы Стандартной модели. Три кварка образуют барионы, включая протон и нейтрон; пара кварк–антикварк образует мезон. Антикварки имеют противоположные квантовые числа.
Электрический заряд кварка дробный: +2/3 или −1/3 заряда протона. В связанном адроне сумма даёт целый заряд. Названия «цвет» и «аромат» не связаны с бытовым цветом или вкусом: это условные имена квантовых свойств.
Почему существует шесть ароматов
Известны u, d, s, c, b и t-кварки. Более тяжёлые быстро распадаются, поэтому стабильная материя вокруг нас основана на первых двух. Топ-кварк настолько короткоживущий, что распадается до образования обычного адрона.
Масса протона почти целиком не равна простой сумме масс трёх валентных кварков. Большая часть связана с энергией сильного поля и движением кварков и глюонов — наглядный пример эквивалентности массы и энергии.
Как мы знаем о кварках
Сегодня свойства кварков проверяют по множеству процессов на ускорителях. Из-за конфайнмента детектор видит не свободный кварк, а струи частиц; вывод о породившем их процессе следует из согласованной модели и статистики событий.
История кварковой модели
В 1964 году Мюррей Гелл-Ман и независимо Джордж Цвейг предложили составляющие для упорядочения множества адронов. Сначала кварки воспринимались как удобная схема. Глубоконеупругое рассеяние электронов на протонах в конце 1960-х показало точечные центры внутри протона; последующие данные связали их с кварками и глюонами.
Поколения и распады
u и d образуют обычные ядра. s-кварк встречается в странных адронах, c и b создают короткоживущие тяжёлые частицы, а t распадается почти мгновенно. Слабое взаимодействие способно менять аромат кварка, что лежит в основе бета-распада нейтрона и многих распадов адронов.
Спин, заряд и масса
Все кварки имеют спин 1/2 и относятся к фермионам. У каждого есть антикварк. Их массы зависят от способа определения в квантовой теории поля; популярная таблица даёт ориентиры, но не описывает «массу шарика внутри протона». Цветовой заряд создаёт сильное взаимодействие, электрический — электромагнитное.
Частые ошибки
Кварк не является квантом любого поля и не равен глюону. Он не наблюдается свободным из-за конфайнмента. Названия up, down, strange и другие исторические и не описывают направление движения или характер частицы. Эти различия закрывают основной поисковый вопрос без мистических аналогий.
