¿Qué es un quark o un quark?

¿Qué es un quark?

En la década de 1960, los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y G. Zweig propusieron cada uno de forma independiente que los hadrones como los neutrones y los protones están compuestos de unidades más básicas: los quarks (quark), muchos físicos chinos lo llaman ". estratón". Tienen una carga fraccionaria, 2/3 o -1/3 veces la carga de un electrón, y un espín de 1/2. La palabra "quark" fue adaptada por Murray Gell-Mann de una línea de la novela Finnegan's Wake de James Joyce. La teoría original para explicar las partículas que interactúan fuertemente requería tres tipos de quarks, llamados tres tipos de quarks, que son quark arriba (arriba, u), quark abajo (abajo, d) y quark extraño (extraño, s). La partícula J/ψ fue descubierta en 1974, lo que requirió la introducción del cuarto quark, el quark charm (charm, c). La partícula Y fue descubierta en 1977, lo que requirió la introducción del quinto quark, el quark inferior (abajo, b). El sexto quark, el quark top (top, t), fue descubierto en 1994 y se cree que es el último quark.

La teoría de los quarks sostiene que todos los bariones están compuestos por tres quarks, y los antibariones están compuestos por tres antiquarks correspondientes. Por ejemplo, protón (uud), neutrón (udd). La teoría de los quarks también predice la existencia de una partícula (sss) compuesta por tres extraños quarks. Esta partícula fue observada en una cámara de burbujas de hidrógeno en 1964 y se llama partícula ω negativa.

Los quarks se dividen en tres generaciones según sus características, como se muestra en la siguiente tabla:

Símbolo Nombre chino Nombre inglés Carga (e) Masa (GeV/c^2)

u quark arriba +2/3 0.004

d quark abajo abajo -1/3 0.008

c charm quark charm +2/3 1.5

s quark extraño extraño -1/3 0,15

t quark superior superior +2/3 176

b quark inferior inferior -1/3 4,7

En cromodinámica cuántica, además de las propiedades de "sabor", los quarks también tienen tres propiedades de "color", a saber, rojo, verde y azul. "Color" aquí no significa que los quarks realmente tengan color, sino que se utiliza la palabra "color" para describir vívidamente una propiedad física de los propios quarks. La cromodinámica cuántica cree que la materia en general no tiene "color". Los "colores" de los tres quarks que forman los bariones son el rojo, el verde y el azul, por lo que cuando se superponen se vuelven incoloros. Por tanto, incluyendo los atributos de 6 sabores y 3 colores, existen 18 tipos de quarks, y sus correspondientes 18 tipos de antiquarks.

La teoría de los quarks también cree que los mesones son estados ligados compuestos por un quark y un antiquark del mismo color. Por ejemplo, el [[mesón π+]] predicho por el físico japonés Hideki Yukawa está compuesto por un quark arriba y un quark anti-abajo, y el mesón π está compuesto por un quark anti-arriba y un quark abajo. ambos incoloros.

Mediante experimentos se han descubierto cinco tipos de quarks, excepto el quark top. El científico chino Ting Zhaozhong ganó el Premio Nobel de Física por el descubrimiento del quark charm. Una de las principales áreas de investigación de los físicos de partículas de alta energía en la última década ha sido el quark top (t).

En cuanto al sexto "quark top", descubierto recientemente en 1994, se cree que será el último. Su descubrimiento permitirá a los científicos obtener una imagen completa de los quarks, lo que ayudará a estudiar el origen del universo. al comienzo del Big Bang cómo evolucionó el universo en menos de un segundo, porque el intenso calor generado inicialmente por el Big Bang creó partículas de excitación superior.

Las investigaciones muestran que algunas estrellas pueden convertirse en "estrellas de quarks" al final de su evolución. Cuando una estrella no puede resistir su propia atracción gravitacional y continúa reduciéndose, el aumento de densidad expulsará los quarks. Con el tiempo, una estrella del tamaño del Sol puede reducirse a sólo siete u ocho kilómetros de tamaño, pero seguirá brillando.

La teoría de los quarks cree que los quarks están atrapados dentro de partículas y que no existen quarks individuales. Algunas personas se han opuesto, argumentando que los quarks no son reales. Sin embargo, casi todas las predicciones hechas por la teoría de los quarks concuerdan bien con las mediciones experimentales, por lo que la mayoría de los investigadores creen que la teoría de los quarks es correcta.

En 1997, el físico ruso Diakonov y otros predijeron la existencia de una partícula compuesta por cinco quarks con una masa un 50% mayor que la de un átomo de hidrógeno. En 2001, los físicos japoneses descubrieron evidencia de la existencia de partículas de pentaquark cuando bombardearon un trozo de plástico con rayos gamma en el acelerador SP Ring-8. Posteriormente fue confirmado por físicos del Laboratorio Nacional del Acelerador Thomas Jefferson en Estados Unidos y del Instituto de Física Teórica y Experimental de Moscú. Esta partícula de pentaquark está compuesta por dos quarks arriba, dos quarks abajo y un quark antiextraño. No viola el modelo estándar de la física de partículas. Esta es la primera vez que se descubren partículas compuestas por más de tres quarks. Los investigadores creen que esta partícula puede ser sólo el primer miembro de la familia de partículas "pentaquark" que se descubre, y que también puede haber partículas compuestas por cuatro o seis quarks.