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Quark
Quark
Un quark ( / k w ɔr k / o / k w ɑr k / ) es una partícula elemental y un constituyente fundamental de la materia . Los quarks se combinan para formar partículas compuestas llamadas hadrones , la más estable de las cuales son los protones y los neutrones , los componentes de los núcleos atómicos . [ 1 ] Debido a un fenómeno conocido como el confinamiento del color , los quarks nunca se observan directamente o por encontrarse en el aislamiento; que sólo se pueden encontrar dentro de los hadrones , como los bariones (de los que los protones y los neutrones son ejemplos), y los mesones . [ 2 ] [ 3 ] Por esta razón, gran parte de lo que se conoce acerca de los quarks se ha elaborado a partir de observaciones de los propios hadrones .
Hay seis tipos de quarks, conocidos como sabores : arriba , abajo , extraño , encanto , inferior y superior . [ 4 ] Arriba y abajo de quarks tienen las tarifas más masas de todos los quarks. Los quarks más pesados cambian rápidamente en quarks arriba y abajo a través de un proceso de descomposición de las partículas : la transformación de un estado superior de masas a un estado de menor masa. Debido a esto, quarks arriba y abajo son generalmente estables y el más común en el universo , mientras que extrañas, encanto, top y bottom quarks sólo se pueden producir en alta energía colisiones (como las relacionadas con los rayos cósmicos y en los aceleradores de partículas ).
Los quarks tienen diversas propiedades intrínsecas, incluidas la carga eléctrica , la masa , la carga de color y giro . Los quarks son las únicas partículas elementales en el Modelo Estándar de la física de partículas para experimentar las cuatro interacciones fundamentales , también conocidas como fuerzas fundamentales ( electromagnetismo , gravitación, la interacción fuerte y la interacción débil ), así como las partículas sólo conocidos cuyas cargas eléctricas no sonenteros múltiplos de la carga elemental . Para todos los sabores de quarks hay un tipo correspondiente deantipartícula , conocido como un antiquark , que difiere de la del quark sólo en que algunas de sus propiedades tienenigual magnitud pero de signo opuesto .
El modelo de los quarks fue propuesta independientemente por los físicos Murray Gell-Mann y George Zweig en 1964.[ 5 ] Los quarks se introdujeron como parte de un plan de ordenación para los hadrones, y había poca evidencia de su existencia física hasta dispersión inelástica profunda experimentos en el Stanford Linear Accelerator Center en 1968.[ 6 ] [ 7 ] los experimentos con aceleradores han proporcionado evidencia de los seis sabores. El quark top era el último en ser descubierto en Fermilab en 1995. [ 5 ]
Clasificación
Clasificación
Ver también: Modelo Estándar
El Modelo Estándar es el marco teórico donde se describen todos los actualmente conocidos partículas elementales . Este modelo contiene seis sabores de quarks ( q ), nombrados arriba ( U ), abajo ( d ), extraño ( s), encanto ( c ), inferior ( b ), y la parte superior ( t ). [ 4 ] Las antipartículas de los quarks son llamado antiquarks, y se indican con una barra sobre el símbolo para el quark correspondiente, como u para un antiquark arriba.Al igual que con la antimateria en general, antiquarks tienen la misma masa, significa la vida , y el giro como sus respectivos quarks, pero la carga eléctrica y otros cargos tienen el signo opuesto. [ 8 ]
Los quarks son de spin- 1 / 2 partículas, lo que implica que son fermiones de acuerdo con el teorema spin-estadística . Están sujetos a la principio de exclusión de Pauli , que establece que dos fermiones idénticos no pueden ocupar simultáneamente el mismo estado cuántico . Esto está en contraste con los bosones (partículas con espín entero), cualquier número de los que puede estar en el mismo estado. [ 9 ] A diferencia de los leptones , quarks poseen carga de color , lo que hace que se dedican a la interacción fuerte . La atracción resultante entre diferentes quarks provoca la formación de partículas compuestas conocidas como hadrones(ver " fuerte interacción y color carga "a continuación).
Los quarks que determinan los números cuánticos de los hadrones son llamados quarks de valencia ; Aparte de estos, cualquier hadrón puede contener un número indefinido de virtuales (o al mar quarks), antiquarks ygluones ., que no influyen en sus números cuánticos [ 10 ] Hay dos familias de hadrones: bariones , con tres quarks de valencia, y los mesones , con un quark y un antiquark de valencia. [ 11 ] Los bariones más comunes son el protón y el neutrón, los bloques de construcción del núcleo atómico . [ 12 ] Un gran número de los hadrones son conocidos (véase la lista de los bariones y mesones lista de ), la mayoría de ellos diferenciado por su contenido quark y las propiedades de estos quarks constituyentes confieren. La existencia de hadrones "exóticos" con más quarks de valencia, como tetraquarks ( q q q q ) y pentaquarks ( q q q q q ), se ha conjeturado [ 13 ] , pero no se ha probado. [ nb 1 ] [ 13 ] [ 14 ]
Fermiones elementales se agrupan en tres generaciones , cada uno compuesto por dos leptones y dos quarks. La primera generación incluye quarks arriba y abajo, los segundos quarks extraños y encanto, y la tercera quarks top y parte inferior. Todas las búsquedas de una cuarta generación de quarks y otros fermiones elementales han fallado, [ 15 ] y existe una fuerte evidencia indirecta de que existen no más de tres generaciones. [ nb 2 ] [ 16 ] Las partículas en las generaciones mayores suelen tener una mayor masa y menos estabilidad , haciendo que se desintegran en partículas de menor generación por medio de las interacciones débiles . Sólo la primera generación (arriba y abajo) quarks ocurren comúnmente en la naturaleza. Quarks más pesados sólo pueden ser creadas en las colisiones de alta energía (como en los relacionados con los rayos cósmicos ), y decaen rápidamente; sin embargo, se cree que han estado presentes durante las primeras fracciones de segundo después del Big Bang , cuando el universo estaba en una fase extremadamente caliente y densa (la época de quarks ). Estudios de quarks más pesados se llevan a cabo en condiciones creadas artificialmente, tales como en los aceleradores de partículas . [ 17 ]
Tener la carga eléctrica, la masa, la carga de color y sabor, los quarks son las partículas elementales conocidas sólo que se dedican a las cuatro interacciones fundamentales de la física contemporánea:. electromagnetismo, gravitación, la interacción fuerte y la interacción débil [ 12 ] La gravitación es demasiado débil para ser relevante para las interacciones de partículas individuales, excepto en los extremos de la energía ( energía de Planck ) y escalas de distancia ( distancia de Planck ). Sin embargo, dado que ningún éxito la teoría cuántica de la gravedad existe, la gravitación no es descrito por el Modelo Estándar.
Consulte la tabla de propiedades por debajo de una visión más completa de las propiedades de los seis sabores de quarks.
Historia
Historia
El modelo de los quarks fue propuesta independientemente por los físicos Murray Gell-Mann [ 18 ] y George Zweig [ 19 ] [ 20 ] en 1964.[ 5 ] La propuesta se produjo poco después de 1961 la formulación de Gell-Mann de un sistema de clasificación de partículas conocido como el Camino Óctuple - o, en términos más técnicos, SU (3) simetría sabor . [ 21 ] El físico Yuval Neeman . había desarrollado independientemente un esquema similar al Camino Óctuple en el mismo año [ 22 ] [ 23 ]
En el momento de la creación de la teoría de los quarks, el " zoológico de partículas "incluye, entre otras partículas, una multitud dehadrones . Gell-Mann y Zweig postularon que no eran partículas elementales, sino que fueron formados por combinaciones de quarks y antiquarks. Su modelo implicó tres sabores de quarks - arriba , abajo y extraño - al que se le atribuyen propiedades como el giro y carga eléctrica. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] se mezcló La reacción inicial de la comunidad de la física a la propuesta. Hubo en particular la afirmación acerca de si el quark era una entidad física o una abstracción para explicar conceptos que no se entienden bien en el momento. [ 24 ]
En menos de un año, se propusieron extensiones al modelo de Gell-Mann-Zweig. Sheldon Lee Glashow y James Bjorken predijeron la existencia de un cuarto sabor de quark, que llamaron encanto . La adición se propone, ya que permitió una mejor descripción de la interacción débil (el mecanismo que permite a los quarks decaigan), igualó el número de quarks conocidos con el número de conocidos leptones , e implicaba una fórmula de la masa que se reproduzca correctamente las masas de la conocidos mesones .[ 25 ]
En 1968, dispersión inelástica profunda experimentos en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) mostraron que el protón contenía, mucho más pequeñosobjetos puntuales y por lo tanto no era una partícula elemental. [ 6 ] [ 7 ] [ 26 ] Los físicos eran reacios a identificar estos objetos con los quarks en el momento, en lugar llamándolos " partons "- un término acuñado por Richard Feynman . [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Los objetos que se observaron en el SLAC más tarde serían identificados como quarks arriba y abajo que el otro fueron descubiertos sabores. [ 30 ] Sin embargo, "parton" sigue en uso como un término colectivo para los constituyentes de los hadrones (quarks, antiquarks y gluones ).
Existencia del extraño quark fue indirectamente validado por los experimentos de dispersión de SLAC: no sólo era un componente necesario de Gell-Mann y el modelo de tres quarks de Zweig, pero proporcionó una explicación para la kaón ( K ) y el pión ( π ) hadrones descubierto en cósmica rayos en 1947. [ 31 ]
En un documento de 1970, Glashow, John Iliopoulos y Luciano Maiani presentan mayor motivación de la existencia de la que aún sin descubrir el encanto de quarks. [ 32 ] [ 33 ] El número de sabores de quarks supuestos creció hasta los seis actuales en 1973, cuando Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa señaló que la observación experimental de la violación CP [ nb 3 ] [ 34 ] se podría explicar si había otro par de quarks.
Quarks encanto se produjeron casi simultáneamente por dos equipos, en noviembre de 1974 (véase Revolución de Noviembre ) - uno en el SLAC bajo Burton Richter , y una en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en virtud de Samuel Ting . Los quarks encanto se observaron atado con antiquarks encanto en los mesones. Las dos partes habían asignado el mesón descubierto dos símbolos diferentes, J y ψ; por lo tanto, se hizo conocido formalmente como el J / ψ mesón . El descubrimiento finalmente convenció a la comunidad de la física de la validez del modelo de quarks. [ 29 ]
En los años siguientes una serie de sugerencias apareció para extender el modelo de quarks seis quarks. De éstos, el documento de 1975 por Haim Harari [ 35 ] fue el primero en acuñar los términos arriba y abajo de los quarks adicionales. [ 36 ]
En 1977, el quark bottom fue observado por un equipo en el Fermilab dirigido por Leon Lederman . [ 37 ] [ 38 ] Este fue un fuerte indicador de la existencia del quark top: sin el quark top, el quark bottom habría sido sin pareja. Sin embargo, no fue hasta 1995 que el quark top finalmente se observó, también por la CDF [ 39 ] y DØ [ 40 ] equipos en el Fermilab. [ 5 ] que tenía una masa mucho mayor de lo previsto anteriormente [ 41 ] - casi tan grande como el oro átomo. [ 42 ]
Fotografía del acontecimiento que llevó al descubrimiento de la Σ + +
cbarión , en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en 1974
Quark
Tipos
Descubierto
Teorizado
Símbolo
Un protón , compuesto por dos quarks arriba y un quark abajo . (El color de la asignación de los quarks individuales no es importante, sólo que todos los tres colores estén presentes.)
1 / 3
1 / 2
Sí
+ 2 / 3 e , - 1 / 3 de correo
SLAC (~ 1968)
Murray Gell-Mann (1964)George Zweig (1964)
Antiquark ( q )
q
Primero, segundo, tercero
Seis de las partículas en el modelo estándar son quarks (que se muestran en púrpura). Cada una de las tres primeras columnas forma una generación de la materia.
Murray Gell-Mann en TEDen 2007. Gell-Mann y George Zweig propuso el modelo de quarks en 1964.
Etimología
Etimología
Desde hace algún tiempo, Gell-Mann estaba indeciso sobre una ortografía real para el término tenía la intención de moneda, hasta que encontró la palabra quarken James Joyce 's libro Finnegans Wake :
Tres quarks para Muster Mark!
¿Seguro que no tiene mucho de una corteza
y que cualquier que lo tiene todo junto a la marca.
-James Joyce, Finnegans Wake [ 43 ]
Gell-Mann entró en más detalles sobre el nombre del quark en su libro, El Quark y el Jaguar : [ 44 ]
En 1963, cuando me asignaron el nombre "quark" para los constituyentes fundamentales del nucleón, tuve el sonido primero, sin la ortografía, lo que podría haber sido "kwork". Luego, en una de mis perusals ocasionales de Finnegans Wake , de James Joyce, me encontré con la palabra "quark" en la frase "Tres quarks para Muster Marcos". Ya que "quark" (es decir, por un lado, el grito de la gaviota) fue la clara intención de rimar con "Marca", así como "corteza" y otras palabras, tenía que encontrar una excusa para pronunciarlo como "kwork ". Sin embargo, el libro representa el sueño de un publicano llamado Humphrey Chimpden Earwicker. Palabras en el texto se extrae típicamente de varias fuentes a la vez, como los " valija palabras "en" A través del espejo ". De vez en cuando, las frases se producen en el libro que se determinan en parte por las convocatorias de las bebidas en el bar.Sostuve entonces que quizás una de las múltiples fuentes del Grito "Tres quarks para Muster Marcos" puede haber "tres cuartos para el señor Marcos", en cuyo caso la pronunciación "kwork" no sería totalmente injustificado. En cualquier caso, el número tres encajaba perfectamente la forma quarks se producen en la naturaleza.
Zweig prefería el nombre as para la partícula que había teorizado, pero la terminología de Gell-Mann se dio a conocer una vez que el modelo de quarks había sido comúnmente aceptada. [ 45 ]
Los sabores quark se les dio sus nombres para un número de razones. El quarks arriba y abajo se nombran después de los componentes arriba y abajo de isospin, que ellos llevan. [ 46 ] Strange quarks se les dio su nombre porque fueron descubiertos a ser componentes de las partículas extrañas descubiertas en los rayos cósmicos años antes de que el modelo de los quarks fue propuesto; estas partículas se considera "extraño" porque tuvieron vidas excepcionalmente largas. [ 47 ]Glashow, que coproposed quark charm con Bjorken, es citado diciendo, "Llamamos a nuestra construcción del 'quark encantado', porque estábamos fascinados y encantados por la simetría que trajo al mundo subnuclear ". [ 48 ] Los nombres "inferiores" y "superiores", acuñado por Harari, fueron elegidos porque son "socios lógicos para quarks arriba y abajo". [ 35 ] [ 36 ] [ 47 ] En el pasado, inferior y superior quarks fueron referidos a veces como "belleza" y "verdad", respectivamente, pero estos nombres han caído un tanto en desuso. [ 49 ] Mientras que la "verdad" nunca tuvo éxito, complejos aceleradores dedicados a la producción masiva de quarks abajo a veces se llaman " fábricas de belleza ". [ 50 ]
Propiedades
Propiedades
La carga eléctrica
La carga eléctrica
Ver también: La carga eléctrica
Los quarks tienen fraccionarias valores de carga eléctrica - ya sea 1 / 3 o 2 / 3 veces la carga elemental , dependiendo del sabor. Up, encanto y quarks top (denominados colectivamente como los ataques de tipo quarks ) tienen una carga de + 2 / 3 , mientras que abajo, extraño, y los quarks abajo ( down-tipo quarks ) tienen - 1 / 3 . Antiquarks tienen la carga opuesta a sus correspondientes quarks; hasta de tipo antiquarks tienen cargas de - 2 / 3 y antiquarks del tipo por tener cargos de + 1 / 3 . Dado que la carga eléctrica de un hadrón es la suma de las cargas de los quarks constituyentes, todos los hadrones tienen cargas enteros: la combinación de tres quarks (bariones), tres antiquarks (antibariones), o un quark y un antiquark (mesones) siempre resulta . en cargos enteros [ 51 ] Por ejemplo, los componentes de hadrones de los núcleos atómicos, neutrones y protones, tienen cargos de 0 y 1, respectivamente; el neutrón está formado por dos quarks abajo y un quark up, y el protón de dos quarks arriba y un quark abajo. [ 12 ]
Girar
Girar
Ver también: Girar (la física)
El espín es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, y su dirección es un importante grado de libertad . A veces se visualiza como la rotación de un objeto alrededor de su propio eje (de ahí el nombre de " vuelta "), aunque esta idea es un tanto desatinado a escalas subatómicas, porque las partículas elementales se cree que son de tipo puntual . [ 52 ]
Centrifugado puede ser representado por un vector cuya longitud se mide en unidades de la constante reducida de Planck ħ (pronunciado "h bar"). Para los quarks, una medición de la escisión del vector componente a lo largo de cualquier eje sólo puede producir los valores + ħ / 2 o - ħ / 2; por esta razón, los quarks se clasifican como spin- 1 / 2 partículas. [ 53 ] El componente de giro a lo largo de un eje dado - por convención los z axis - a menudo se representa por una flecha hacia arriba ↑ para el valor + 1 / 2 y la flecha hacia abajo ↓ para el valor - 1 / 2 , colocado después del símbolo para el sabor. Por ejemplo, un quark con un giro de +1 / 2 a lo largo de los z eje se denota por u ↑. [ 54 ]
Interacción débil
Interacción débil
Artículo principal: Débil interacción
Un quark de un sabor puede transformar en un quark de otro sabor sólo a través de la interacción débil, una de las cuatrointeracciones fundamentales de la física de partículas. Mediante la absorción o emisión de un bosón W , cualquier quark up-tipo (arriba, encanto, y quarks top) puede transformarse en cualquier tipo quark down (abajo, extraño, y los quarks abajo) y viceversa. Este mecanismo hace que el sabor transformación radiactivo proceso de desintegración beta , en el que una de neutrones ( n ) "divisiones" en un protón ( p ), un electrón ( e - ) y un electrón antineutrino ( ν
e ) (ver figura). Esto ocurre cuando uno de los quarks en el neutrón ( u d d ) decae en un quark arriba emitiendo un virtual de W - Higgs, transformando el neutrón en un protón ( u u d ). El W - . bosón luego decae en un electrón y un antineutrino electrónico [ 55 ]
Tanto desintegración beta y el proceso inverso de desintegración beta inversa se utilizan habitualmente en aplicaciones médicas tales como la tomografía por emisión de positrones (PET) y en los experimentos que implican la detección de neutrinos .
Mientras que el proceso de transformación sabor es el mismo para todos los quarks, cada quark tiene una preferencia para transformar en el quark de su propia generación. Las tendencias relativas de todos los sabores transformaciones se describen mediante una tabla matemática , denominada matriz Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (matriz CKM). Hacer cumplir unitariedad , los aproximadamente magnitudes de las entradas de la matriz CKM son: [ 56 ]
Diagrama de Feynman de la desintegración beta con el tiempo fluye hacia arriba. La matriz CKM (discutido abajo) codifica la probabilidad de esta y otras desintegraciones Quark.
donde V ij representa la tendencia de un quark de sabor i que se ponga una quark de sabor j (o viceversa). [ nb 4 ]
Existe una matriz equivalente débil interacción para leptones (lado derecho de la W de Higgs en el diagrama de desintegración beta arriba), llamada la matriz Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (matriz de PMNs). [ 57 ] En conjunto, la CKM y matrices de PMNs describen todas las transformaciones de sabor, pero los vínculos entre los dos no están aún claras. [ 58 ]
Los puntos fuertes de las interacciones débiles entre los seis quarks. Los "intensidades" de las líneas están determinados por los elementos de la matriz CKM .
Interacción y color fuerte carga
Interacción y color fuerte carga
Ver también: La carga de color y la interacción fuerte
De acuerdo con la QCD , los quarks poseen una propiedad llamada carga de color . Hay tres tipos de carga de color, de forma arbitraria etiquetados como azul , verde y rojo . [ nb 5 ] Cada uno de ellos se complementa con un anticolor - antiazul , Antigreen y Antired . Cada quark lleva un color, mientras que cada antiquark lleva un anticolor. [ 59 ]
El sistema de atracción y repulsión entre quarks cargados con diferentes combinaciones de los tres colores se llama interacción fuerte , que está mediada por la fuerza que lleva partículasconocidas como gluones ; esto se discute en detalle a continuación. La teoría que describe las interacciones fuertes se llama cromodinámica cuántica (QCD). Un quark acusado de un valor de color puede formar un sistema de atado con un antiquark que lleva el anticolor correspondiente;tres quarks (anti), una de cada color (anti), de manera similar se pueden unir juntos. El resultado de dos quarks que atrae será la neutralidad de los colores: un quark con carga de color ξ más un antiquark con carga de color - ξ se traducirá en una carga de color de 0 (o color "blanco") y la formación de un mesón. Análoga a la de color aditivo modelo en básicos de óptica, la combinación de tres quarks o antiquarks de tres, cada uno con diferentes cargas de color, dará lugar a la misma "blanco" carga de color y la formación de un barión o antibarión. [ 60 ]
En la física de partículas moderna, medir simetrías - una especie de grupo de simetría - relacionan las interacciones entre las partículas (véase Teorías Gauge ). Color SU (3) (comúnmente abreviado como SU (3) c ) es la simetría gauge que relaciona la carga de color en quarks y es la simetría de definición para la cromodinámica cuántica. [ 61 ] Del mismo modo que las leyes de la física son independientes de que las direcciones de espacio son designados x , y y z , y permanecen sin cambios si los ejes de coordenadas se rotan a una nueva orientación, la física de la cromodinámica cuántica es independiente de que las direcciones del espacio de color tridimensional se identifican como azul, rojo y verde. SU (3) c transformaciones de color corresponde a "rotaciones" en el espacio de color (que, matemáticamente hablando, es un espacio complejo ). Todos los sabores de quarks f , cada uno con subtipos f B , f T , f R corresponden a los colores de los quarks, [ 62 ] forma un triplete: una de tres componentes de campo cuánticoque transforma bajo la fundamental la representación de SU (3) c . [ 63 ] El requisito de que SU (3) C debería ser local - esto es, que sus transformaciones se les permite variar con el espacio y el tiempo - determina las propiedades de la interacción fuerte, en particular, la existencia de ocho tipos de gluones para actuar como sus portadores de fuerza . [ 61 ] [ 64 ]
El patrón de fuertes cargas para los tres colores de quark, tres antiquarks y gluones ocho (con dos de carga cero superposición).
Todos los tipos de hadrones tienen carga de color total cero.
Masa
Masa
Ver también: masa invariante
Dos términos se utilizan para referirse a la masa de un quark: quark actual masa se refiere a la masa de un quark por sí mismo, mientras que el quark constituyente de masas se refiere a la masa del quark actual más la masa del gluón campo de partículas . rodea el quark [ 65 ] Estos masas suelen tener valores muy diferentes. La mayor parte de la masa de un hadrón proviene de los gluones que se unen a los quarks constituyentes juntos, en lugar de partir de los propios quarks. Mientras que los gluones son inherentemente sin masa, poseen energía - más específicamente, la cromodinámica cuántica energía de enlace (QCBE) - y esto es lo que contribuye grandemente a la masa total del hadrón (véase la masa en la relatividad especial ). Por ejemplo, un protón tiene una masa de aproximadamente 938 MeV / c 2 , de los cuales la masa en reposo de sus tres quarks de valencia sólo contribuye aproximadamente 11 MeV / c 2 ; gran parte del resto se puede atribuir a QCBE los gluones ". [ 66 ] [ 67 ]
Postula el modelo estándar que las partículas elementales obtienen sus masas del mecanismo de Higgs , que se relaciona con el bosón de Higgs . Los físicos esperan que una mayor investigación sobre las razones de gran masa del quark top de ~ 173 GeV / c 2 , casi la masa de un átomo de oro, [ 66 ] [ 68 ] podría revelar más sobre el origen de la masa de los quarks y otra primaria partículas. [ 69 ]
Masas de los quarks actuales de los seis sabores en comparación, como las bolas de volúmenes proporcionales. protones y electrones (rojo) se muestran en la esquina inferior izquierda de la escala
Tabla de propiedades [ edit ]
Tabla de propiedades [ edit ]
Ver también: Flavor (física de partículas)
La siguiente tabla resume las propiedades clave de los seis quarks. números cuánticos de sabor ( isospin ( I 3 ), encanto ( C ), la extrañeza ( S , que no debe confundirse con la vuelta), topness ( T ), y bottomness ( B ') ) son asignados a ciertos sabores de quarks, y denotan cualidades de los sistemas y los hadrones con sede en quark. El número de bariones ( B ) es de + 1 / 3 de todos los quarks, como los bariones están hechos de tres quarks. Para antiquarks, la carga eléctrica ( Q) y todos los números cuánticos de sabor ( B , I 3 , C , S , T y B ') son de signo opuesto. Misa y momentum angular total ( J ; igual a girar para partículas puntuales) no cambian de signo para los antiquarks.
J = momento angular total , B = número de bariones , Q = carga eléctrica , I 3 = isospin , C = encanto , S = extrañeza , T = topness , B '= bottomness .
* Notación como 4 190 180
-60 denota medición incertidumbre . En el caso del quark top, la primera incertidumbre es estadística en su naturaleza, y el segundo es sistemática .
Quarks que interactúan
Quarks que interactúan
Ver también: confinamiento del color y Gluon
Según la descripción de la cromodinámica cuántica , la interacción fuerte entre quarks está mediada por gluones sin masa, vector bosones gauge . Cada gluón es portador de una carga de color y un cargo anticolor. En el marco estándar de las interacciones de partículas (parte de una formulación más general conocida comoteoría de la perturbación ), se intercambian gluones constantemente entre quarks a través de un virtual de emisión y el proceso de absorción. Cuando un gluón se transfiere entre los quarks, un cambio de color se produce en ambos; por ejemplo, si un quark rojo emite un gluón rojo-antiverde, se vuelve verde, y si un quark verde absorbe un gluón rojo-antiverde, se convierte en rojo. Por lo tanto, mientras que el color de cada quark cambia constantemente, se conserva su fuerte interacción. [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]
Dado que los gluones tienen carga de color, ellos mismos son capaces de emitir y absorber otros gluones. Esto hace que la libertad asintótica : como quarks se acercan el uno al otro, la fuerza de unión chromodynamic entre los debilita. [ 73 ] Por el contrario, como la distancia entre quarks aumenta, la fuerza vinculante fortalece. El campo de color se convierte en estrés, tanto como una banda elástica se destacó cuando se estira, y más gluones de color apropiado se crean espontáneamente a fortalecer el campo. Por encima de un umbral de energía segura, pares de quarks y antiquarks se crean . Estos pares se unen a los quarks se separan, haciendo nuevos hadrones a la forma. Este fenómeno se conoce como el confinamiento de color :. quarks nunca aparecen en el aislamiento [ 71 ] [ 74 ] Este proceso de hadronization se produce antes de quarks, formadas en una colisión de alta energía, son capaces de interactuar de cualquier otro modo. La única excepción es el quark top, que puede decaer antes de que hadronizes. [ 75 ]
Quarks Mar
Quarks Mar
Los hadrones, junto con los quarks de valencia ( q
v ) que contribuyen a sus números cuánticos , contienen virtual de quark-antiquark ( q q pares) conocidas comoquarks mar ( q
s ). Forma quarks mar cuando un gluón de colores se divide el terreno de la hadrones; este proceso también funciona a la inversa, en que laaniquilación de dos quarks mar produce un gluón. El resultado es un flujo constante de divisiones de gluones y creaciones coloquialmente conocidos como "el mar".[ 76 ] quarks mar son mucho menos estables que sus contrapartes de valencia, y por lo general se aniquilan entre sí en el interior del hadrón. A pesar de esto, los quarks del mar pueden hadronize en partículas bariónicas o mesónicos bajo ciertas circunstancias. [ 77 ]
Otras fases de la materia quark
Otras fases de la materia quark
Artículo principal: materia QCD
En condiciones suficientemente extremas, los quarks pueden convertirse deconfined y existir como partículas libres. En el curso de la libertad asintótica , la interacción fuerte se vuelve más débil a temperaturas más altas.Con el tiempo, el confinamiento del color se pierde y un lugar muy caluroso plasma estaría formado por quarks y gluones se mueven libremente. Esta fase teórica de la materia se llama plasma de quarks y gluones . [ 80 ] Se desconocen las condiciones exactas necesarias para dar lugar a este estado y han sido objeto de una gran cantidad de especulación y experimentación. Una estimación reciente pone la temperatura necesaria en(1,90 ± 0,02) × 10 12 Kelvin . [ 81 ] Si bien no se ha alcanzado un estado de quarks y gluones totalmente gratis (a pesar de numerosos intentos por parte del CERN en los años 1980 y 1990), [ 82 ] experimentos recientes en la Relativista Colisionador de Iones Pesados han dado pruebas de la materia quark-líquido como el que exhibe "casi perfecto" el movimiento del fluido . [ 83 ]
El plasma de quarks y gluones se caracteriza por un gran aumento en el número de pares de quarks más pesados en relación al número de arriba y abajo de pares de quarks. Se cree que en el período anterior al 10-6 segundos después del Big Bang (la época quark ), el universo estaba lleno de plasma de quarks y gluones, ya que la temperatura era demasiado alta para hadrones sean estables. [ 84 ]
Teniendo en cuenta las densidades suficientemente altas bariones y temperaturas relativamente bajas - posiblemente comparables a los encontrados en las estrellas de neutrones - Se espera que la materia de quarks a degenerar en un líquido de Fermi de los quarks de interacción débil. Este líquido se caracteriza por una condensación de quarks de colores pares de Cooper , con ello romper el SU (3) local c simetría . Debido pares quark Cooper albergan la carga de color, una fase de la materia quark sería superconductor de color ; es decir, la carga de color sería capaz de pasar a través de él sin resistencia. [ 85 ]
Ver también
Ver también
Preones - partículas hipotéticas que una vez se postularon para ser subcomponentes de quarks y leptones
Quarkonium - Los mesones hechos de un quark y antiquark del mismo sabor
Estrella de quarks - Un degenerado hipotética estrella de neutrones con una densidad extrema
Leptones-Quark complementariedad - Posible relación fundamental entre los quarks y leptones
Una representación cualitativa del diagrama de fases de la materia quark. Los detalles precisos del diagrama son objeto de una investigación en curso.[ 78 ] [ 79 ]
Notas
Notas
Jump Up^ Varios grupos de investigación aseguraron haber demostrado la existencia de tetraquarks y pentaquarks en la década de 2000. Mientras que el estado de tetraquarks es aún objeto de debate, todos los candidatos pentaquark conocidos ya que se han establecido como inexistente.
Salta hacia arriba^ La principal prueba se basa en la anchura de la resonancia de la Z 0 de Higgs , lo que restringe el neutrino cuarta generación que cuenta con una masa superior a ~45 GeV / c 2 . Esto sería de alto contraste con neutrinos las otras tres las generaciones, cuyas masas no puede ser superior a 2 MeV / c 2 .
Salta hacia arriba^ violación CP es un fenómeno que hace que las interacciones débiles se comporten de manera diferente cuando se fue y derecho se invierte ( P simetría ) y las partículas son reemplazados por sus correspondientes antipartículas ( C simetría ).
Ir arriba^ La probabilidad real de desintegración de un quark a otro es una función complicada de (entre otras variables) la masa del quark en descomposición, las masas de losproductos de desintegración , y el elemento correspondiente de la matriz CKM. Esta probabilidad es directamente proporcional (pero no iguales) a la magnitud al cuadrado (|V ij | 2 ) de la entrada de CKM correspondiente.
Ir arriba^ A pesar de su nombre, la carga de color no está relacionado con el espectro de colores de la luz visible.
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