משתמש:NadavN/קווארק

קווארק הוא חלקיק יסודי (אלמנטרי) ומרכיב בסיסי של החומר. קווארקים מצורפים יחדיו על מנת ליצור חלקיקים מרוכבים הנקראים האדרונים, שהיציבים שבהם הם הפרוטונים והניוטרונים, מרכיבי גרעין האטום. עקב תופעה הידועה בשם כליאה, קווארקים לעולם לא נצפו ישירות או נמצאו בבידוד; הם יכולים להימצא רק בתוך האדרונים, כמו באריונים (שלהם הפרוטונים והניוטרונים מהווים דוגמא), ומזונים. מהסיבה הזאת, הרבה ממה שאנחנו יודעים על קווארקים נודע לנו מתצפיות על ההאדרדונים עצמם.

ישנם שישה סוגים של קווארקים, הידועים בשם טעמים (או דורות של קווארקים): למעלה (up), למטה (down), מוזר (strange), קסום (charm), עליון (top) ותחתון (bottom). לקווארקי למעלה (up) ולמטה (down) יש את המסות הנמוכות ביותר מבין כל הקווארקים. הקווארקים הכבדים יותר משתנים במהירות לקווארקי למעלה (up) ולמטה (down) בתהליך של התפרקות: המעבר ממצב מסה גבוהה יותר למצב מסה נמוכה יותר. כתוצאה מכך, קווארקי למעלה (up) וקווארקי למטה (down) הם בדרך כלל היציבים והנפוצים ביותר ביקום, בעוד שקווארקי מוזר (strange), קסום (charm), עליון (top) ותחתון (bottom) יכולים להיווצר רק בהתנגשויות באנרגיה גבוהה (כמו אלה הכוללות קרניים קוסמיות ובמאיצי חלקיקים).

לקווארקים יש מספר תכונות פנימיות, בינהם מטען חשמלי, מטען צבע, מסה וספין. קווארקים הם החלקיקים היסודיים היחידים במודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים המסוגלים לחוות את כל ארבעת אינטראקציות היסוד, הידועות גם ככוחות היסוד (אלקטרומגנטיות, כבידה, האינטראקציה החזקה, והאינטראקציה החלשה), ובנוסף על כך הם החלקיקים הידועים היחידים אשר מטענם החשמלי הוא אינו כפולה שלמה של המטען היסודי. לכל טעם קווארק ישנו סוג מתאים (מקביל) של אנטי-חלקיק, הידוע בשם אנטי-קווארק, השונה מן הקווארק רק בכך שלתכונות מסויימות שלו גודל שווה אך סימן הפוך.

מודל הקווארק פותח באופן עצמאי על ידי הפיזיקאים מארי גל-מאן וגורג' צוויג ב-1964. קווארקים הוצגו לראשונה כחלקים של תרשים סידור של האדרונים, והייתה עדות קטנה לקיומם הפיזיקלי עד ניסויי פיזור עמוק לא-גמיש (deep inelastic scattering) במעבדת המאיץ הלאומי SLAC ב-1968. כל ששת טעמי הקווארקים מאז נצפו בניסויי מאיץ; קווארק העליון (top), שלראשונה נצפה בפרמילאב (Fermilab) ב-1995, היה האחרון להתגלות.

מיון

ערך מורחב – המודל הסטנדרטי

המודל הסטנדרטי הוא מסגרת תאורטית המתארת את כל החלקיקים היסודיים הידועים כיום, וכמו כן בוזון ההיגס. המודל הזה מכיל שישה טעמים של קווארקים, ששמם למעלה (u), למטה (d), מוזר (s), קסום (c), עליון (t) ותחתון (b). אנטי-חלקיקים של קווארקים נקראים אנטי-קווארקים, וסימולם הוא ע"י קו מעל הסמל של הקווארק המתאים, לדוגמא ū מסמל אנטי-קווארק. בדומה לאנטי-חומר באופן כללי, לאנטי-קווארקים יש את אותה המסה, זמן חיים וספין כמו הקווארקים המתאימים להם, אולם למטען החשמלי ולמטענים אחרים יש סימן הפוך.

קווארקים הם חלקיקי ספין-½, מה שמרמז על היותם פרמיונים, לפי משפט ספין-סטטיסטיקה. הם מצייתים לעיקרון האיסור של פאולי, שקובע ששני פרמיונים לא יכולים להימצא באותו מצב קוונטי בו-זמנית. זאת בניגוד לבוזונים (חלקיקים עם ספין שלם), שכל מספר שלהם יכול להיות באותו מצב. בשונה מן הלפטונים, לקווארקים מטען צבע, אשר מכריח אותם להיות מעורבים באינטראקציה החזקה. תוצאת המשיכה בין שני קווארקים שונים גורמת למבנה של חלקיקים מרוכבים הידועים כהאדרונים (ראה "אינטראקציה חזקה ומטען צבע" למטה).

הקווארקים אשר מגדירים את המספרים הקוונטיים של האדרונים נקראים קווארקי ערכיות; מלבד זאת, כל האדרון יכול להכיל מספר לא מוגדר של קווארקים וירטאולים, אנטי-קווארקים, וגלואונים אשר לא משפיעים על המספרים הקוונטיים. ישנן שתי משפחות של האדרונים: באריונים, עם שלושה קווארקי ערכיות, ומזונים, עם קווארק ערכיות ואנטי-קווארק. הבאריונים הנפוצים ביותר הם הפרוטון והניוטרון, אבני הבניין של גרעין האטום. מספר גדול מאוד של האדרונים מוכרים לנו (ראה רשימה של באריונים ורשימה של מזונים), אשר רובם נבדלים זה מזה בתכולת הקווארקים שלהם, והתכונות שהרכב הקווארקים מעניק להם. הקיום של האדרונים "אקזוטיים" עם יותר קווארקי ערכיות, כמו טטרקווארקים (qqqq)