Kvark
 Proton se sastoji od dva gornja kvarka, jednog donjeg kvarka i gluona koji posreduju sile koje ih „vezuju”. Dodela boja pojedinih kvarkova je proizvoljna, ali sve tri boje moraju biti prisutne; crvena, plava i zelena se koriste kao analogija primarnim bojama koje zajedno proizvode belu boju. | |
| Kompozicija | Elementarna čestica |
|---|---|
| Statistike | Fermionska |
| Generacija | Prva, druga, treča |
| Interakcije | Elektromagnetizam, gravitacija, jaka, slaba |
| Simbol | q |
| Antičestica | Antikvark (q) |
| Teorije |
|
| Otkriven | SLAC (c. 1968) |
| Tipovi | 6 (gornji, donji, strani, čarobni, dubinski, i vršni) |
| Naelektrisanje | +2/3 e, −1/3 e |
| Boja naboja | Da |
| Spin | 1/2 |
| Barionski broj | 1/3 |
Kvarkovi (eng. quark, naziv koji je uveo američki fizičar Mari Gel-Man po reči iz Džojsovog romana Bdenje nad Fineganom) su elementarne čestice koje sačinjavaju protone, neutrone,[2] i sve ostale složene čestice tj. hadrone, nukleone, mezone...[3][4] Kvarkovi su čestice koje imaju spin 1/2 kao i sve ostale čestice materije ali imaju električni naboj od 1/3 e ili 2/3 e. Pored spina i naelektrisanja imaju i osobinu koja se zove boja i ona može imati 3 osnovne vrednosti. Grade teže čestice tako što se povežu 3 kvarka - hadroni, nukleoni - u bezbojnu kombinaciju ili tako da se povežu 1 kvark i 1 antikvark iste boje čineći pri tome bezbojnu česticu. Kvarkovi su po fizičkim merilima izuzetno masivne čestice. Kvarkova ima 6 vrsta:[5] u (up), c (charm), t (top), d (down), s (strange), b (bottom). Up i down kvark čine ceo kosmos jer su oni oblik kvarkova sa najmanjom masom i prema tome najmanjom energijom tj. najstabilniji su. Svi ostali kvarkovi su dobijeni u akceleratorima čestica pri vrlo velikim energijama na vrlo male delove vremena. Svi ostali kvarkovi su mnogo masivniji od up i down i oni grade egzotične vrste teških čestica, koje se raspadaju na manje masivne posle par milisekundi. Koliko se sada zna kvarkovi su čestice koje možda uopšte nemaju dimenzije, ali se kao gornja granica za njihov prečnih uzima granica od 10-17 m. Kvarkovi se nikad ne mogu naći izolovani već samo povezani u čestice koje su bezbojne, jer što su dalje kvarkovi jedan od drugog, to je sila između njih jača, ali i ako se čestici sačinjenoj od kvarkova preda dovoljno energije za raskidanje veze između kvarkova, ta energija će se pretvoriti u još jednu bezbojnu česticu sačinjenu od kvarkova.
Kvark je elementarna čestica sastavnica hadrona, električnog naboja ±e/3 ili ±2e/3, podložna jakom međudelovanju. Sve do otkrića Ω– čestice kvarkovima se prideljivalo čisto matematičko značenje. Prve naznake njihove fizičke stvarnosti (realnosti) pojavile su se u eksperimentima duboko neelastičnog raspršenja elektrona na protonima, na Stanfordskom linearnom ubrzivaču čestica 1962.[6][7] Opažanje raspršenja pod velikim uglovima (kakva su pre opažena u Ruderfordovim eksperimentima raspršenja alfa-čestica na listićima zlata) upućivalo je na postojanje tvrdih tačkastih „jezgara” unutar protona. Slični eksperimenti sprovedeni potom neutrinskim snopovima na CERN-u nesumnjivo su potvrdili da je reč o česticama trećinskog električnog naboja i poluceloa spina.[8] Za istraživanja putem duboko neelastičnih raspršenja kojima su ustanovljeni kvarkovi dodeljena je Nobelova nagrada za fiziku 1990. godine X. A. Fridmanu, H. V. Kendalu i R. E. Tejloru.
Godine 1974. otkriven je c-kvark (Nobelova nagrada 1976. B. Rihteru i Semjuel Č. Č. Tingu za otkriće J/ψ mezona). Sledilo je i otkriće b-kvarka (1977) i t-kvarka (1994). Time je bio zaokružen skup kvarkova koji s leptonima čine temeljne gradivne blokove opažene materije (fizika elementarnih čestica). Reč je o česticama spina 1/2, koje se pojavljuju u različitim vrstama, ukusima, svrstanim u porodice ili naraštaje. Materije koje nas okružuju izgrađene su od gornjega i donjega kvarka (u i d, od engl. up i down) prvog naraštaja. Takav uzorak s donjim kvarkom električnoga naboja (–1/3)e i gornjim kvarkom naboja (+2/3)e ponavlja se u drugom naraštaju s kvarkovima stranog i čarobnog ukusa (s i c, od engl. strange i charm) te kvarkom lepote i istine (b i t, od engl. beauty i truth) trećega naraštaja. Svaki se od navedenih kvarkova pojavljuje u tri boje. Te se boje švataju kao naboji na koje se vežu gluoni, prenosnici jakoga međudelovanja opisanog kvantnom hromodinamikom.[9][10][11][12][13]
Na maloj međusobnoj udaljenosti (manjoj od 10–15 metara) kvarkovi se kreću kao slobodne čestice, a na većim udaljenostima deluju izuzetno velikim privlačnim silama te se zbog toga ne mogu izdvojiti iz hadrona kao zasebne čestice (asimptotska sloboda).[14]
Kvarkovi i leptoni[uredi | uredi izvor]
Zanimljiva je činjenica da popis svih elementarnih čestica koje izgrađuju svu materiju u svemiru jednostavno stane na jedan list papira. Prema standardnom modelu tih elementarnih čestica ima ukupno 12. One su podeljene u dve grupe čestica koje se nazivaju kvarkovi i leptoni. Postoji 6 kvarkova i 6 leptona (jednim imenom se nazivaju fermioni).
| Kvarkovi | Leptoni |
|---|---|
| Gornji (u – eng. up) | Elektron (e-) |
| Donji (d – eng. down) | Elektronski neutrino (𝜈𝑒) |
| Čarobni (c – eng. charm) | Mion (𝜇−) |
| Strani (s – eng. strange) | Mionski neutrino (𝜈𝜇) |
| Vršni (t – eng. top) | Tau lepton (𝜏) |
| Dubinski (b – eng. bottom) | Tau neutrino (𝜈𝜏) |
Elektron je jedan od gradivnih blokova atoma i čestica koja je odgovorna za električnu struju u električnom provodiniku. Elektron je elementarna čestica, što znači da nema unutrašnju podstrukturu. Svih 12 čestica u tabeli gore smatraju se elementarnim česticama. Iznenađujuće je to da se proton i neutron ne spominju u toj tabeli.
Sva materija sačinjena je od atoma, svaki atom je sačinjen od negativno nabijenih elektrona koji kruže oko malo, teškog, pozitivno naelektrisanog atomskog jezgra. S druge strane, jezgro atoma se sastoji od protona, koji imaju pozitivan električni naboj, i neutrona, koji su bez naboja. Ako je iznos naboja protona isti kao i kod elektrona (ali suprotnog predznaka), neutralni atom će sadržavati jednak broj protona u jezgru i elektrona u orbiti. Broj neutrona je obično isti kao i broj protona, ali može biti malo drugačiji dajući tako različite izotope atoma.[15]
Kao što se pre verovalo da je atom osnovna gradivna jedinica materije, a zatim je otkriveno da se sastoji od još elementarnijih čestica: elektrona, protona i neutrona, isto tako sada zna da protoni i neutroni nisu elementarne čestice, ali elektron je bio i ostao elementaran. Protoni i neutroni su sačinjeni od kombinacije gornjih i donjih kvarkova. Budući da imaju unutrašnju podstrukturu, ne mogu se smatrati elementarnim česticama. Proton se sastoji od dva gornja i jednog donjeg kvarka, a neutron od dva donja i jednog gornjeg kvarka. To se može prikazati na sledeći način:
Budući da proton nosi električni naboj, neki od kvarkova takođe moraju biti naelektrisani. Međutim, isti kvarkovi, samo u drugoj kombinaciji, postoje i unutar neutrona koji je bez naboja. Zbog toga se naboji kvarkova moraju sabirati u kombinaciji koja čini proton, a poništiti u kombinaciji koja čini neutron. Označi li se naboj gornjeg kvarka sa 𝑄𝑢 i naboj donjeg kvarka sa 𝑄𝑑, dobija se sledeće:
Ove dve jednačine su jednostavne za rešavanje, uzimajući u obzir da su naboji gornjeg i donjeg kvarka redom:
Treba samo napomenuti da je u gornjim jednačinama korišten dogovor koji postavlja da naboj protona iznosi +1, dok u standardnim jedinicama približno iznosi 1,6∙10−19 C (kulon). Ovaj naboj protona naziva se još i elementarnim nabojem i označava se slovom 𝑒.
Do otkrića kvarkova, fizičari su smatrali da električni naboj može biti samo celobrojni umnožak elementarnog naboja. Tako elektron ima električni naboj −𝑒, proton +𝑒, jezgro helijuma +2𝑒 i tako dalje. Kvarkovi, zavisno od vrste, imaju samo deo elementarnog naboja: +2/3𝑒 ili −1/3𝑒. Budući da kvarkovi ne postoje samostalno, već dolaze uvek u kombinaciji dva ili tri kvarka, u prirodi nikad nije zapaženo postojanje čestice s nabojem manjim od jednog elementarnog naboja. Čestice sastavljene od 3 kvarka nazivaju se barionima,[16][17] dok se mezonima nazivaju čestice koje se sastoje od parnog broja kvarkova i antikvarkova.[18] U donjoj tabeli, koja pokazuje način na koji su kvarkovi grupisani u generacije, svi kvarkovi u prvom redu imaju naboj +2/3, a u drugom redu −1/3. Ovo grupisanje kvarkova u generacije strogo prati poredak kojim su kvarkovi otkriveni.
| Prva generacija | Druga generacija | Treća generacija | |
|---|---|---|---|
| +𝟐/𝟑 | Gornji (u) | Čarovni (c) | Vršni (t) |
| -1/𝟑 | Donji (d) | Strani (s) | Dubinski (b) |
Sva materija u svemiru sastoji se od atoma, dakle od protona i neutrona, stoga su gornji i donji kvarkovi najviše zastupljeni kvarkovi u svemiru. Ostali kvarkovi su puno masivniji (masa kvarkova raste kako se ide od prve prema drugoj i trećoj generaciji) i puno ređi. Međutim, ranije u evoluciji svemira materija je bila daleko energičnija, stoga su masivniji kvarkovi bili mnogo češći i imali su značajnu ulogu u reakcijama koje su se dogodile.
Od leptona najpoznatiji je elektron, stoga su leptoni najviše i proučavani budući da se svojstva elektrona ogledaju u mionu i tauonu. Ova tri leptona imaju isti električni naboj i malo toga, osim mase, razlikuje elektron od miona i tauona. Jedina očita razlika je u tome što se mion i tauon mogu raspadati na druge čestice (iz prve i druge generacije leptona i njihove antičestice), dok je elektron stabilna čestica.
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ B. Carithers; P. Grannis (1995). „Discovery of the Top Quark” (PDF). Beam Line. 25 (3): 4—16. Pristupljeno 2008-09-23.
- ^ „Quark (subatomic particle)”. Encyclopædia Britannica. Pristupljeno 2008-06-29.
- ^ R. Nave. „Confinement of Quarks”. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. Pristupljeno 2008-06-29.
- ^ R. Nave. „Bag Model of Quark Confinement”. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. Pristupljeno 2008-06-29.
- ^ R. Nave. „Quarks”. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. Pristupljeno 2008-06-29.
- ^
E. D. Bloom; et al. (1969). „High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°”. Physical Review Letters. 23 (16): 930—934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930
.
- ^ M. Breidenbach; et al. (1969). „Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering”. Physical Review Letters. 23 (16): 935—939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. OSTI 1444731. S2CID 2575595. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935.
- ^
Peacock, K. A. (2008). The Quantum Revolution
. Greenwood Publishing Group. str. 125. ISBN 978-0-313-33448-1.
- ^ Yao, W.-M.; et al. (Particle Data Group) (2006). „Review of Particle Physics: Pentaquark Update” (PDF). Journal of Physics G. 33 (1): 1—1232. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. arXiv:astro-ph/0601168 . doi:10.1088/0954-3899/33/1/001 .
- ^
S.-K. Choi; et al. (Belle Collaboration) (2008). „Observation of a Resonance-like Structure in the π±Ψ′ Mass Distribution in Exclusive B→Kπ±Ψ′ decays”. Physical Review Letters. 100 (14): 142001. Bibcode:2008PhRvL.100n2001C. PMID 18518023. S2CID 119138620. arXiv:0708.1790 . doi:10.1103/PhysRevLett.100.142001.
- ^ „Belle Discovers a New Type of Meson” (Saopštenje). KEK. 2007. Arhivirano iz originala 2009-01-22. g. Pristupljeno 2009-06-20.
- ^
Aaij, R.; et al. (LHCb collaboration) (2014). „Observation of the Resonant Character of the Z(4430)− State”. Physical Review Letters. 112 (22): 222002. Bibcode:2014PhRvL.112v2002A. PMID 24949760. S2CID 904429. arXiv:1404.1903 . doi:10.1103/PhysRevLett.112.222002.
- ^
Aaij, R.; et al. (LHCb collaboration) (2015). „Observation of J/ψp Resonances Consistent with Pentaquark States in Λ0
b→J/ψK−p Decays”. Physical Review Letters. 115 (7): 072001. Bibcode:2015PhRvL.115g2001A. PMID 26317714. arXiv:1507.03414. doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001 .
- ^ Kvark, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.
- ^ Povh, B.; Scholz, C.; Rith, K.; Zetsche, F. (2008). Particles and Nuclei. Springer. str. 98. ISBN 978-3-540-79367-0.
- ^ Section 6.1. in Davies, P. C. W. (1979). The Forces of Nature. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-22523-6.
- ^ M. Munowitz (2005). Knowing. Oxford University Press. str. 35. ISBN 978-0-19-516737-5.
- ^ Wong, S. S. M. (1998). Introductory Nuclear Physics (2nd izd.). Wiley Interscience. str. 30. ISBN 978-0-471-23973-4.
Literatura[uredi | uredi izvor]
- A. Ali; G. Kramer (2011). „JETS and QCD: A Historical Review of the Discovery of the Quark and Gluon Jets and Its Impact on QCD”. European Physical Journal H. 36 (2): 245. Bibcode:2011EPJH...36..245A. S2CID 54062126. arXiv:1012.2288 . doi:10.1140/epjh/e2011-10047-1.
- R. Bowley; E. Copeland. „Quarks”. Sixty Symbols. Brady Haran for the University of Nottingham.
- D. J. Griffiths (2008). Introduction to Elementary Particles (2nd izd.). Wiley–VCH. ISBN 978-3-527-40601-2.
- I. S. Hughes (1985). Elementary Particles (2nd izd.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-26092-3.
- R. Oerter (2005). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Pi Press. ISBN 978-0-13-236678-6.
- A. Pickering (1984). Constructing Quarks: A Sociological History of Particle Physics. The University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-66799-7.
- B. Povh (1995). Particles and Nuclei: An Introduction to the Physical Concepts. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-59439-2.
- M. Riordan (1987). The Hunting of the Quark: A True Story of Modern Physics. Simon & Schuster. ISBN 978-0-671-64884-8.
- B. A. Schumm (2004). Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-7971-5.
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- 1969 Physics Nobel Prize lecture by Murray Gell-Mann
- 1976 Physics Nobel Prize lecture by Burton Richter
- 1976 Physics Nobel Prize lecture by Samuel C.C. Ting
- 2008 Physics Nobel Prize lecture by Makoto Kobayashi
- 2008 Physics Nobel Prize lecture by Toshihide Maskawa
- The Top Quark And The Higgs Particle by T.A. Heppenheimer – A description of CERN's experiment to count the families of quarks.
- Nauka 50: Kvark (RTS Obrazovno-naučni program - Zvanični kanal)
