Cuarci

Quark_structure_protonÎn fizica particulelor, cuarcii (quarcii) sunt una dintre cele două familii de particule subatomice care ar putea fi elementare și indivizibile (cealaltă fiind leptonii). Obiectele alcătuite din cuarci sunt cunoscute sub numele de hadroni; exemple bine cunoscute sunt protonii și neutronii.

Cuarcii sunt în general consideraţi că nu există singuri, ci numai în grupuri de doi sau trei (și, mai recent, cinci); toate căutările pentru cuarci liberi din 1977 au dat rezultate negative. Cuarcii sunt diferențiaţi de leptoni, cealaltă familie de particule elementare, prin sarcina electrică. Leptonii (cum ar fi electronul sau muonul) au sarcina totală (1, 0 sau -1), în timp ce cuarcii au sarcina 2/3 sau -1/3 (anticuarcii au sarcina -2/3 sau 1/3). Toţi cuarcii au spinul 1/2 h.

Se cunosc şase cuarci diferiţi:

Nume ||| Sarcina  ||| Masa estimată (MeV)

Up (u) ||| +2/3 ||| 1.5 to 4.5 1

Down (d) ||| -1/3 ||| 5 to 8.5 1

Charm / Centre (c) ||| +2/3 ||| 1,000 to 1,400

Strange / Sideways (s) ||| -1/3 ||| 80 to 155

Top / Truth (t) ||| +2/3 ||| 174,300 ± 5,100

Bottom / Beauty (b) ||| -1/3 ||| 4,000 to 4,500

1) Estimările maselor lui u și d nu sunt lipsite de controverse și sunt încă în mod activ în curs de investigare; în fapt, există sugestii, chiar și în literatura de specialitate că cuarcul u ar putea fi, în esență, fără masă.

Materia obișnuită, cum ar fi protonii și neutronii, este compusă doar din cuarci UP sau DOWN. Un proton conține doi quarci UP și un cuarc DOWN, rezultând o sarcină totală de +1. Un neutron este format din doi cuarci DOWN și un quarc UP, rezultând o sarcină totală zero. Celelalte tipuri de cuarci pot fi produşi numai în acceleratoare de particule, și degenerează rapid la cuarcii UP și DOWN. (Electronii nu conțin quarci, fiind un alt tip de particule numite leptoni).

Conform teoriei cromodinamicii cuantice, cuarcii posedă o altă proprietate, care se numește “sarcină de culoare” (și care nu are nimic de a face cu culoarea reală). În loc de doar două tipuri diferite de sarcină (+ și – în electromagnetism), sarcina de culoare vine in 3 tipuri: “roșu”, “verde” și “albastru” (6, dacă numărăm şi “antisarcinile”). În teorie, numai particulele “de culoare neutră” pot exista. Particulele compuse de un cuarc roșu, unul verde și unul albastru se numesc barioni; protonul si neutronul sunt cele mai importante exemple. Particulele formate din un cuarc și un anti-cuarc cu anti-culoarea corespunzătoare se numesc mezoni.

Particule de sarcină de culoare diferite se atraa iar particulele de acceaşi sarcină de culoare se resping prin forța nucleară tare, care este transferată de gluoni, particule care transportă ele însele sarcină de culoare. Prin urmare, culorile cuarcilor nu sunt statice, ci sunt interschimbate de gluoni, menținând întotdeauna rezultatul neutru. Acest interschimb de sarcină de culoare este gândit pentru a obţine forța nucleară puternică, care ţine cuarcii împreună în mezoni și barioni; un efect “secundar” din această forță nucleară tare este ţinerea împreună a protonilor și neutronilor în nucleul atomic.

Datorită naturii extrem de puternice a forței tari, cuarcii nu se găsesc niciodată liberi. Ei sunt întotdeauna legați în barioni sau mezoni. Când încercăm să separăm cuarcii într-un mezon sau barion, așa cum se întâmplă în acceleratoarele de particule, forța tare devine cu atât mai puternică cu cât sunt aceştia mai depărtaţi. La un moment dat, este mai favorabil energic să se creeze doi noi cuarci pentru a anula forța în creștere, și doi cuarci noi (un cuarc și un anti-cuarci) se nasc din vid. Acest proces este numit hadronizare sau fragmentare, și este unul dintre procesele puțin înțelese din fizica particulelor. Ca rezultat al fragmentării, atunci când cuarcii sunt produşi în acceleratoarele de particule, în loc să vadă cuarci individuali în detectoare, oamenii de știință observă “jeturi” de mai multe particule de culori neutre (mezonii și barionii), grupate împreună.

Teoria din spatele cuarcilor a fost sugerată pentru prima oară de către fizicienii Murray Gell-Mann și George Zweig, care au găsit că aceasta ar putea explica proprietățile multor particule considerându-le ca fiind compuse din aceşti cuarci elementari. Numele cuarcului vine de la “trei cuarci pentru Muster Mark”, o frază fără sens din cartea Finnegans Wake a lui James Joyce.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.