u-кварк

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
u-кварк (верхні кварк, ап-кварк)
сімвал

u

маса

2,01(3) МэВ/c2

статыстыка

Ферміён

група

Кварк

пакаленне

Першае

узаемадзеянне

моцнае,
слабае,
электрамагнітнае,
гравітацыйнае

квантавыя лікі
электрычны зарад

+2/3 e

спін

½

каляровы зарад

r, g, b

лік спінавых станаў

2

Іншыя ўласцівасці і звесткі
склад часціцы

Элементарная часціца

адкрыта

1967

тэарэтычна абгрунтавана

Гел-Ман, Цвейг (1964)

u-кварк або верхні (англ.: up) кварк, належыць да першага пакалення фундаментальных ферміёнаў, мае зарад +(2/3)e. Як і ўсе кваркі, удзельнічае ва ўсіх чатырох тыпах узаемадзеянняў: моцным, слабым, электрамагнітным, гравітацыйным. Разам з d-кваркамі u-кваркі ўтвараюць нуклоны (пратоны і нейтроны), якія з'яўляюцца асноўнымі складнікамі атамнага ядра. Пратон складаецца з двух u-кваркаў і аднаго d-кварка, а нейтрон — з аднаго u-кварка і двух d-кваркаў. Існуюць і іншыя адроны, якія змяшчаюць u-кваркі. Антычасціцай u-кварка з'яўляецца u-антыкварк, які адрозніваецца ад u-кварка знакам некаторых характарыстык узаемадзеянняў. На сучасным узроўні ведаў u-кварк з'яўляецца бесструктурнай часціцай, гэта значыць сапраўды элементарнай, як і іншыя кваркі і лептоны. У свабодным стане u-кварк не назіраўся.

Існаванне u-кварка было пастуліравана Мюрэем Гел-Манам і Джорджам Цвейгам у працах 1964 г., а эксперыментальнае ўказанне на існаванне было атрымана ў 1968 г. у Нацыянальнай паскаральнай лабараторыі SLAC.

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

На заранку станаўлення фізікі часціц (першая палова XX ст.), адроны — такія як пратоны, нейтроны, піёны, — нароўні з электронамі/пазітронамі і мюонамі, лічыліся элементарнымі часціцамі. Тым не менш, у той час як адкрываліся новыя адроны, «парк часціц» хутка рос і ў 1950-х гадах іх налічвалася ўжо некалькі дзясяткаў. Спробы сістэматызаваць часціцы былі невыразнымі да 1960 г., калі Мюрэй Гел-Ман прапанаваў схему класіфікацыі часціц, метафарычна названую Васьмярычны шлях[1] і заснаваную на SU(3)-сіметрыі водараў[2]. Падобную класіфікацыю незалежна высунуў Юваль Неэман у 1962 г.[3][4]

Гэта схема аб'ядноўвала адроны па ізаспінавых мультыплетах, але фізічныя падставы для гэтага былі невыразнымі. У 1964 г. Гел-Ман[5] і Джордж Цвейг[6][7] незалежна высунулі кваркавую мадэль[8]. На той час яна складалася з трох кваркаў (u, d, s),[5][6][7] якія са сваімі анты-партнёрамі, антыкваркамі, утваралі ўсе назіраныя адроны. Але да 1968 г. гэта мадэль была толькі прыгожай абстракцыяй, пакуль эксперыменты па глыбока няпругкаму рассейванню на Стэнфардскім лінейным паскаральніку (SLAC) не пацвердзілі, што пратоны маюць унутраную структуру, гэта значыць складаюцца з кропкападобных аб'ектаў (двух u- і аднаго d-кварка).[9][10] [11] Гэтыя кропкавыя аб'екты Рычард Фейнман назваў партонамі,[12][13][14] і ў рамках тэорыі, званай Партоннай мадэллю (1969 г.), паспяхова апісаў глыбока няпругкія ўзаемадзеянні[15].

Такім чынам групавая класіфікацыя Гел-Мана і партонная мадэль Фейнмана абвясцілі трыумф кваркавай гіпотэзы. Уся сукупнасць цяперашніх эксперыментальных фактаў не падвяргае сумневу справядлівасць мадэлі.

Квантавыя лікі[правіць | правіць зыходнік]

Спін u-кварка роўны 1/2, цотнасць дадатная. Праекцыі ізаспіна і слабога ізаспіна роўныя +1/2 (знак супрацьпастаўлены d-кварку). Барыённы лік роўны +1/3; а лептонны лік, дзіўнасць, чароўнасць, сапраўднасць і хараство роўныя 0. Як і іншыя кваркі, u-кварк нясе адзін з трох каляровых зарадаў (умоўна званыя чырвоным, сінім і зялёным).

Маса[правіць | правіць зыходнік]

Маса u-кварка, паводле апошніх даных, складае 2,01±0,03 МэВ[16], ён самы лёгкі сярод кваркаў.

Адроны, якія змяшчаюць u-кварк[правіць | правіць зыходнік]

  • Мезоны:
    • Зараджаныя піёны±) змяшчаюць u-кварк і d-антыкварк (ці наадварот), а нейтральны піён (π0) лінейную камбінацыю u-кварка і u-антыкварка і d-кварка і d-антыкварка (як і цяжэйшыя ρ- і ω-мезоны, гл. ніжэй)
    • Зараджаныя каоны (K±) змяшчаюць адзін u-кварк або адзін u-антыкварк.
    • Мезоны η і η', якія не маюць водару, з'яўляюцца лінейнай камбінацыяй некалькіх кварк-антыкварковых пар, у тым ліку і u-кварка і u-антыкварка.
    • ρ±-мезоны маюць той жа склад, што і зараджаныя піёны, толькі іх спін роўны 1, а не 0.
    • Нейтральны D0 мезон і зараджаныя B± мезоны змяшчаюць u-кваркі і u-антыкваркі.
  • Барыёны:
    • Пратон (p) змяшчае два u-кваркі, а нейтрон (n) — адзін.
    • Нейтральны дэльта-барыён0), дадатны дэльта-барыён (Δ+) і двайны дадатны дэльта-барыён (Δ++) змяшчаюць адзін, два і тры u-кваркі адпаведна.
    • Нейтральная лямбда-часціца0) змяшчае адзін u-кварк. Зачараваная дадатная лямбда-часціца (Λ+c) аналагічна.
    • Нейтральная сігма-часціца0) і дадатная сігма-часціца (Σ+) змяшчаюць адзін і два u-кваркі адпаведна.
    • Нейтральная ксі-часціца0) і зачараваная дадатная ксі-часціца (Ξ+c) змяшчаюць u-кварк.
    • Антычасціны вышэйзгаданых барыёнаў змяшчаюць u-антыкварк.

Зноскі

  1. Троп ад будыйскага «Васьмярычнага шляху», які вядзе да збавення ад пакут. Маецца на ўвазе рашэнне цяжкасці класіфікацыі.
  2. M. Gell-Mann The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry // The Eightfold Way — Westview Press, 2000. — С. 11. — ISBN 0-7382-0299-1.
    Арыгінал: M. Gell-Mann The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry — California Institute of Technology, 1961.
  3. Y. Ne'emann Derivation of strong interactions from gauge invariance // The Eightfold Way — Westview Press, 2000. — ISBN 0-7382-0299-1.
    Арыгінал Y. Ne'emann Derivation of strong interactions from gauge invariance // Nuclear Physics. — 1961. — Т. 26. — С. 222. — DOI:10.1016/0029-5582(61)90134-1
  4. R.C. Olby, G.N. Cantor Companion to the History of Modern Science — Taylor & Francis, 1996. — С. 673. — ISBN 0415145783.
  5. 5,0 5,1 M. Gell-Mann A Schematic Model of Baryons and Mesons // Physics Letters. — 1964. — Т. 8. — № 3. — С. 214–215. — DOI:10.1016/S0031-9163(64)92001-3
  6. 6,0 6,1 G. Zweig An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking // CERN Report No.8181/Th 8419. — 1964.
  7. 7,0 7,1 G. Zweig An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II // CERN Report No.8419/Th 8412. — 1964.
  8. B. Carithers, P. Grannis Discovery of the Top Quark // Beam Line. — SLAC: 1995. — Т. 25. — № 3. — С. 4–16.
  9. E.D. Bloom High-Energy Inelastic ep Scattering at 6° and 10° // Physical Review Letters. — 1969. — Т. 23. — № 16. — С. 930–934. — DOI:10.1103/PhysRevLett.23.930
  10. M. Breidenbach Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering // Physical Review Letters. — 1969. — Т. 23. — № 16. — С. 935–939. — DOI:10.1103/PhysRevLett.23.935
  11. J.I. Friedman The Road to the Nobel Prize. Hue University. Архівавана з першакрыніцы 21 лютага 2012. Праверана 29 верасня 2008.
  12. R.P. Feynman Very High-Energy Collisions of Hadrons // Physical Review Letters. — 1969. — Т. 23. — № 24. — С. 1415–1417. — DOI:10.1103/PhysRevLett.23.1415
  13. S. Kretzer et al.' CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects // Physical Review D. — 2004. — Т. 69. — № 11. — С. 114005. — DOI:10.1103/PhysRevD.69.114005
  14. D.J. Griffiths Introduction to Elementary Particles — John Wiley & Sons, 1987. — С. 42. — ISBN 0-471-60386-4.
  15. M.E. Peskin, D.V. Schroeder An introduction to quantum field theory — Addison-Wesley Pub. Co., 1995. — С. 556. — ISBN 0-201-50397-2.
  16. Найлягчэйшыя кваркі ўзважаны з неверагоднай дакладнасцю. Membrana (07.04.2010). Архівавана з першакрыніцы 27 мая 2012. Праверана 1 сакавіка 2012.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

  • Вычарпальнае апісанне ўсіх вядомых уласцівасцей u-кварка знаходзіцца ў Review of Particle Properties [1] (англ.) , [2] (англ.) .