Rieth József: Világképem - Háttérismeret

Kvark

(<<< (Tartalomjegyzék) <<<  Világképem <<<)   Kvark időszak <<<    Kvark > Kvark-gluon plazma    >>> Hadron időszak      

 

A kvarkok azok az elemi részecskék, amelyekből a mezonok és a barionok (például a proton és a neutron) felépülnek. A spinjük 1/2 , tehát fermionok. A kvarkok részt vesznek mind az erős, mind az elektromágneses, mind a gyenge kölcsönhatásban. Az erős kölcsönhatáshoz azonban szorosabb kapcsolat is fűzi őket, az ő mértékszabadságuk definiálja ugyanis az erős kölcsönhatás mértékelméletét, a kvantumszíndinamikát.

Az első c-kvark tartalmú bariont 1974-ben ezen

buborékkamra felvételen fedezték fel.

Mivel gyorsan bomlik, nem magát a részecskét láthatjuk,

hanem a belőle keletkező részecskék impulzusaiból

következtethetünk a létrejöttére. Jelenleg ezt Σc++-nak hívjuk

 

Az egyes kvarkok fontosabb tulajdonságai

 

Magyar
név

angol név

jelölés

nyugalmi tömeg
(GeV/c2)

elektromos töltés
(e)

Fel*

Up

u

0,0015-0,005

 2/3

Le*

Down

d

0,017-0,025

-1/3

Bájos

Charm

c

1,1-1,4

 2/3

Ritka

Strange

s

0,06-0,17

-1/3

Felső / Tető*

Top / True

t

165-180

 2/3

Alsó / Szépség*

Bottom / Beauty

b

4,1-4,4

-1/3

* A csillaggal jelölt kvarkok magyar neveit a szakma nem igazán használja, helyette inkább az u-kvark, d-kvark stb. elnevezés szokásos. Minden kvarkhoz tartozik egy antirészecske amelynek a jele az "eredeti" részecske jele felülvonással: anti-u = u.

 

Kvarkok színe

 

A kvarkok nem létezhetnek szabadon. Mindegyik kvark előfordulhat háromféle színben. Az erős kölcsönhatás az úgynevezett szín-töltésre hat. Ne gondoljuk, hogy a kvarkoknak tényleges színük van, az elnevezés egy hasonlóságon alapul. A kvarkszíneket a három alapszínről vörösnek, zöldnek és kéknek nevezték el, amelyeket a színek angol nevének rövidítése után r, g és b betűvel rövidítenek. A kvarkok kis energián csak olyan kötött állapotban létezhetnek, amelyek színsemlegesek. Ilyenek például

a három szín mindegyikét tartalmazó barionok,

egy színt és egy antiszínt tartalmazó mezonok és

a három antiszínt tartalmazó antibarionok.

Az erős kölcsönhatás, szemben az elektromágnesessel, annál erősebb, minél távolabb van egymástól két kvark. Ezért ha két kvark nagy sebességgel távolodik egymástól, akkor energia szempontjából kedvezőbb, ha két újabb kvark (egy kvark és egy anti-kvark) keletkezik. Ezt nevezzük hadronizációnak. A gyorsítókban szétrepülő kvarkok úgynevezett jeteket (ejtsd: dzset, angolból) hoznak létre: több tíz, nagyjából egyirányba mozgó hadront.

 

A kvarkok kötött állapotait hadronoknak is nevezzük. A szó jelentése a görög nyelvben: nehéz. Kétféle hadron van: barion és mezon. A szín szempontjából minden hadron semleges.

 

A barionok (fermionok)

 

Három kvark alkotja a szokásos barionokat (három antikvark az antibarionokat), ahol a három kvarknak három különböző színe van. A közismert proton összetétele uud, a neutroné udd. Minden barion fermion. A barionokat további két csoportba soroljuk, ezek a nukleonok és hiperonok. A nukleonok az atommag alkotórészei, a proton ill. a neutron. A hiperonok közé tartozik - többek között - a lambda- és a kszí-hiperon. A "hiperon" név a nagy tömegükre utal. Van egy csak a barionok esetén nem nulla megmaradó mennyiség, a barionszám vagy bariontöltés. A barionok barionszáma +1, az antibarionoké -1. A barionszám-megmaradás miatt barionok csak antibarionokkal együtt, párban keletkezhetnek. Ez a tapasztalat vezetett a barionszám-megmaradás felismeréséhez az 1950-es években.

 

Az elemi részecskék összefoglaló táblázata

 

A neutron kvarkszerkezete.

Három különböző színű kvarkot (piros-zöld-kék) tartalmaz,

ezek közül egy u és két d-kvarkot

 

A proton kvarkszerkezete

Három különböző színű kvarkot (piros-zöld-kék) tartalmaz,

ezek közül két u és egy d-kvarkot

 

 

 

A mezonok

 

Egy kvark és egy antikvark alkotja a szokásos mezonokat. Ilyenek például a pionok. A π+ például egy u és egy anti-d kvarkból áll. Egy színt és a neki megfelelő antiszínt hordoznak. Minden mezon bozon. A mezonok barionszáma nulla, ezért ők nem csak párban keletkezhetnek.

A pozitív pion (π+) kvarkszerkezete:

Egy kék u-kvarkot és egy anti-kék anti-d-kvarkot tartalmaz

 

 

 

Szabad kvarkok

 

Szabad kvarkokat nem sikerült kísérletileg megfigyelni. Ezt a jelenséget kvarkbezárásnak, -- vagy inkább színbezárásnak, mert a gluonokra is vonatkozik -- nevezzük, és egzakt magyarázatot nem sikerült még találni rá, bár az erős kölcsönhatás nagyon erős csatolási állandójával és a közvetítő (szín)mező részecskéinek a gluonoknak az önkölcsönhatásával lehet magyarázni. Az erős csatolási állandó energiafüggő, a növekvő energiával csökken az értéke, azaz az erős kölcsönhatás erőssége, ami az aszimptotikus szabadság jelenségéhez vezet. Ez egyrészt a nagy energiájú szórásfolyamatokban lehetővé teszi a kvantum-színdinamika perturbatív számítását. Másrészt a kötött állapotok belsejében - ahol a kis távolságok miatt nagy impulzusátadások a jellemzők - a kötött állapotot összetevő kvarkok és gluonok lényegében szabadon, azaz kölcsönhatásmentesen mozognak. Ez lehetővé teszi a szórásfolyamatokban a nagy energiájú szórás leválasztását a kis energiájú hadronizáció folyamatáról. Nagy energiájú mag-mag ütközésekben, és az időben visszamenve az ősrobbanás felé pedig várható a kis helyre préselt hadronok kvarkanyaggá vagy kvark-gluon plazmává alakulása, ahol a kvarkok és gluonok elhagyják eredeti hadronbölcsőjüket és szabadon vándorolnak az egész plazmában. Az égitestek fejlődése során a neutroncsillag állapot után az elméletek szerint ilyen anyagból álló kvarkcsillag állapotba zuhanhatnak össze az elég nagy tömegű csillagok.

 

 

Kvark tömege

A kvarkok tömegéről szokás sokszor ugyanúgy beszélni, mint más részecskék tömegéről, a tömeg fogalma a kvarkok esetén azonban mégis bonyolultabb, mivel a kvarkok nem figyelhetők meg szabadon. Ezért a kvarktömeg fogalma egy elméleti konstrukció, és mindig meg kell mondanunk, hogy adott esetben hogyan definiáljuk.

 

Áramkvark-tömegek. A QCD közelítő királis szimmetriája lehetővé teszi, hogy királis perturbációszámítással a pszeudoskalár mezonoktett tömegkombinációiból meghatározzuk a különféle (u, d és s) kvarktömegek arányait.

                   

A tény, miszerint mu  ≠  0 nagyon fontos, mivel nem lenne erős CP-probléma eltűnő mu esetén. Az abszolút tömegeket jelenleg QCD összegszabályokkal (másképpen spektrálfüggvény összegszabályokkal) és rács QCD számításokkal lehet meghatározni. Az így meghatározott kvarktömegeket áramkvark-tömegeknek hívjuk. A különböző áramakvark-tömeg definíciók közötti kapcsolat megértéséhez szükség van a renormálás teljes eszközrendszerére.

 

Összetevőkvark-tömegek. Egy másik, régebbi módszer a kvarktömegek definiálására a kvarkmodell Gell-Mann-Nishijima tömegképletének a használata, ami a hadrontömegeket a kvarktömegek segítségével adja meg. Az így meghatározott tömegeket összetevőkvark-tömegeknek nevezzük, amik jelentősen különböznek a fent definiált áramkvark-tömegektől. Az összetevőtömegeknek nincs semmilyen további dinamikai jelentése.

 

Nehézkvark-tömegek. A nehéz c és b kvarkok tömegét egy nehéz kvarkot (és egy könnyű antikvarkot vagy két könnyű kvarkot) tartalmazó hadronok tömegéből és a kvarkóniumok vizsgálatából kaphatjuk meg. Rács-QCD számítások ezen kvarktömegek meghatározására a nehézkvark effektív elméletet (HQET) vagy a nemrelativisztikus kvantumszíndinamikát (NRQCD) használják A t (top) kvark elég nehéz ahhoz, hogy a perturbatív QCD-t használhassuk tömege meghatározásához. 1995-ös felfedezése előtt a top kvark tömegére a legjobb elméleti becsléseket a standard modell precíziós tesztjeinek globális analízise adta. A top kvark azonban egyedülálló abban az értelemben, hogy elbomlik, mielőtt hadronizálódhatna, így tömege közvetlenül mérhető a bomlástermékekből.

 

Háttérismeret és irodalom:

Abszorpció, Alagúthatás, Alfasugárzás, Antianyag hiány, Asztrofizika, Atomtáblázat, Atomtömeg,

Barna Törpe, Berillium, Bottom-kvark, Brown-mozgás,

Carnot-körfolyamat, Centrifugális erő, Charm-kvark,

Down-kvark,

Einstein után, Elektrongáz, Elektron(K-)befogás, Entrópia, Erőtér, Éter-elmélet,

Fehér törpe, Fejlődésképünk, Fémek a világegyetemben, Fenntartható fejlődés, Fényelnyelő gyűrű, Fény kettős természete,

          Fizikai folyamatok, Fotongáz, Fotoelektromos hatás, Fotonból anyag,

Gamma sugárzés, Gammakitörés, Gáz, Gerjesztés, Görbe Alex gondolatai, Gőz,

Halmazállapot, Hatáskeresztmetszet, Hélium, Hidrogén, Hiperon, Hőmozgás, Hősugárzás,

Ideális gáz, Idődilatáció, Ionizáció, Inflaton, Infravörös sugárzás, Izospin,

Kaon, Kémiai potenciál, Kobalt, Könnyű elemek szintézise, Konvekció, Kvarkcsillag, Kvark-gluon plazma, KVARKIDŐSZAK,

Litium,

Magfizika, Magfúzió, Mágneses mező, Mágneses tükrök, Magyar CERN-kutatók, Möbiusz-változatok, Möbiusz szalag,

Nagy Hadron Ütköztető, Negatív béta-bomlás, Nehézion fizika, Nehézion ütköztetők, Nehézségi erő,

Pion, Progenitor csillag,

Sötét energiára kaméleonvadászat, Spontán szimmetriasértés, Statisztikus fizika, Strange-kvark, Struktura, Szilárd halmazállapot,

Tetrakvark, Top-kvark, Törpegalaxis,

Up-kvark

 

(<<< (Tartalomjegyzék) <<<  Világképem <<<)   Kvark időszak <<<    Kvark > Kvark-gluon plazma    >>> Hadron időszak      

------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Kvark