- For andra betydelser, se
Kvark (olika betydelser)
.
En
kvark
ar inom
kvantfysiken
en
elementarpartikel
som tillsammans med en eller flera andra kvarkar bygger upp den grupp partiklar som kallas
hadroner
, till exempel
protonen
och
neutronen
. Sa vitt man vet idag ar kvarkar, tillsammans med
leptoner
som
elektronen
och
neutrinon
, materiens minsta byggstenar.
Det finns sex olika typer av kvarkar, kanda som
aromer
.
[
1
]
Kvarkaromerna med den lagsta
massan
, uppkvarken och nedkvarken, ar i allmanhet stabila och mycket vanligt forekommande i
universum
. De tyngre charm-, sar-, topp- och bottenkvarkarna ar instabila och
sonderfaller
snabbt. Dessa kan enbart bildas vid
hogenergetiska kollisioner
, sasom i
partikelacceleratorer
och i
kosmisk stralning
. Kvarkar har olika egenskaper sasom
elektrisk laddning
,
fargladdning
,
spinn
och massa. For varje kvarkarom existerar en motsvarande
antipartikel
, kallad
antikvark
, vilken skiljer sig fran kvarken enbart sa att vissa av dess egenskaper har motsatt tecken.
Iden om kvarkar presenterades av
Murray Gell-Mann
och
Georg Zweig
oberoende av varandra
1964
som ett satt att fa ordning bland alla de olika partiklar som da hade upptackts.
[
2
]
Det fanns nastan inga belagg for kvarkarnas fysikaliska verklighet forran 1968, da elektron?proton
spridningsexperiment
visade pa att elektroner spreds mot tre punktlika bestandsdelar inuti protonen.
[
3
]
[
4
]
For detta fick Gell-Mann
1969
ars
Nobelpris i fysik
.
Senare experiment av
Richard E. Taylor
,
Henry Way Kendall
och
Jerome I. Friedman
har bekraftat kvarkarnas existens. De arbetade da vid
Stanford Linear Accelerator Center
i
Kalifornien
, och fick for sitt arbete
1990
ars
Nobelpris i fysik
.
Gell-Manns och Zweigs ursprungliga forslag inneholl tre olika kvarkar:
uppkvarken (
up
, u), nerkvarken (
down
, d) och sarkvarken (
strange
, s), vilket rackte for att forklara alla de partiklar som da var kanda. Senare tillkom aven charmkvarken (
charm
, c) och bottenkvarken (
bottom
(ibland aven
beauty
), b). Slutligen, nar toppkvarken (
top
(ibland aven
truth
), t) observerades vid
Fermilab
1995, hade alla sex aromerna hittats.
[
2
]
Namnet kvark ar taget av Gell-Mann fran den experimentella romanen
Finnegans Wake
av
James Joyce
som innehaller frasen "
three quarks for Muster Mark
".
De sex kvarkarna delas upp i tre olika familjer, med tva medlemmar i varje familj:
Familj
|
Namn
|
Engelsk benamning
|
Laddning
|
Sartal
2
|
Charmtal
|
Bottental
|
Topptal
|
Isospin
|
Massa
1
(
MeV
/c²)
|
1
|
Upp
|
(u)
|
Up
|
+2/3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1/2
|
2,25 ± 0,75
[
5
]
|
Ner
|
(d)
|
Down
|
?1/3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1/2
|
6 ± 1
[
5
]
|
2
|
Sar
|
(s)
|
Strange
|
?1/3
|
-1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
95 ± 25
[
5
]
|
Charm
|
(c)
|
Charm
|
+2/3
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1 250 ± 90
[
5
]
|
3
|
Botten
|
(b)
|
Bottom
|
?1/3
|
0
|
0
|
-1
|
0
|
0
|
4 200 ± 70
[
5
]
|
Topp
|
(t)
|
Top
|
+2/3
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0
|
170 900 ± 1 800
[
6
]
|
1.
Det rader stor osakerhet kring ner- och uppkvarkarnas massor och ett antal olika uppskattningar rader i olika forskarlager. Det har till och med foreslagits att uppkvarken kanske saknar massa helt, men detta har i stort sett visats felaktigt.
Protonens
massa pa 938 MeV kommer huvudsakligen fran bindningsenergier och endast till en mindre del fran kvarkarna.
2.
Att sartalet ar negativt, fast det motsvarar antalet sarkvarkar i en baryon, beror pa att talet infordes 1954, fore kvarkteorin, for att beskriva det langsamma sonderfallet av sadana kvarkar. Tyngre kvarkar sonderfaller via langsam
svag vaxelverkan
. Antisarkvarken har positivt sartal pa grund av sin positiva laddning. For bottentalet foljdes senare samma princip.
Dessutom har alla kvarkar baryontalet 1/3. Varje antikvark har omvant tecken pa alla tal.
Varje kvark har en antipartikel, en antikvark, som kallas antiupp, antiner, och sa vidare. Dessa har motsatta
kvanttal
(inklusive
baryontalet
), men samma massa som den "vanliga" kvarken. Hadronerna delas in i tva grupper:
baryoner
som bestar av tre kvarkar eller tre antikvarkar (och darmed har baryontal 1 eller -1), och
mesoner
som bestar av en kvark och en antikvark (och darmed har baryontal 0). Hittills har man inte kunnat faststalla nagra andra varianters existens. 2003 sag nagra experiment indikationer for en ny sorts partiklar som verkade besta av fem kvarkar, vilka darfor fick namnet
pentakvarkar
. Det verkar dock numera som om dessa partiklar faktiskt inte existerar.
De tva vanligaste hadronerna,
protonen
och
neutronen
, bildas genom kombination av de tva lattaste kvarkarna (u och d) pa foljande satt:
- proton = (u,u,d)
- neutron = (u,d,d)
Hur kvarkar satts samman till hadroner beskrivs av
kvantkromodynamiken
,
(
Quantum Chromo Dynamics
) QCD. Kvarkar beskrivs, liksom leptoner, av kvantegenskaperna laddning och spinn. Enligt QCD tillkommer for kvarkarna ytterligare en kvantegenskap,
fargladdning
(engelska
colour charge
), som kan ha vardena "gron", "rod", och "bla" (och motsvarande "anti-varden": "anti-gron",
"anti-rod", och "anti-bla"). Det kan aldrig bildas partiklar som utat har nagon fargladdning som inte ar "vit", d.v.s. den fargladdning som fas om man kombinerar tre kvarkar, en av varje farg (baryoner), eller tva kvarkar, en med en av fargerna och en med motsvarande anti-farg (mesoner).
Kvarkar med olika fargladdning attraherar varandra, och kvarkar med samma farg stoter bort varandra genom den
starka karnkraften
, en av de fyra grundlaggande krafterna i naturen. Detta sker genom utvaxling av
gluoner
mellan kvarkarna.
Gluonerna har sjalva kombinationer av fargladdning vilket gor att kvarkar kan byta fargladdning nar gluoner utvaxlas. Utbytet av gluoner ar enligt QCD forklaringen till den
starka karnkraften
och beskriver varfor atomkarnornas neutroner och protoner halls samman trots att protonerna har samma laddning.
Den starka kraften har egenskapen att den blir starkare ju storre avstandet ar mellan kvarkarna, vilket forklarar varfor man inte kan hitta fria kvarkar.
Om man anvander tillrackligt stora krafter for att dra isar kvarkar fran varandra, till exempel i
partikelacceleratorer
, uppstar nya kvarkar och antikvarkar ur vakuumet for att bilda nya partiklar tillsammans med de ursprungliga kvarkarna.
- Wikimedia Commons har media som ror
Kvark
.