Felfelé kvark (up kvark): definíció, töltés, spin és szerepe
Ismerd meg a felfelé (up) kvark definícióját, +2/3 töltését, 1/2 spinjét és szerepét a protonokban, neutronokban és a részecskefizikában.
A felfelé irányuló kvarkok (röviden up kvark, jelölése: u) olyan szubatomi részecskék, amelyek a nagyobb részecskék, például a protonok és a neutronok belső szerkezetét adják. Elektronikus töltésük +2/3 (azaz a proton töltéséhez képest +2/3 e), spinjük pedig 1/2, vagyis fermionok; így a fermionok közé tartoznak. A kvarkok hat "íze" (flavor) közül az up kvark az egyik legkönnyebb.
Kvantumszámok és alapvető tulajdonságok
- Töltés: +2/3 (elektromos töltés)
- Baryonszám: +1/3 (minden kvark harmad része egy baryon tömegének/töltésének)
- Spin: 1/2 (fermion)
- Szín: háromféle színképesség (piros, zöld, kék) — a nukleáris erő (kvantum-kromodinamika, QCD) részeként a kvarkok színt adó töltéssel rendelkeznek
- Antirészecske: az anti-up kvark (ū) töltése -2/3
Interakciók
Mint minden kvarkra, az up kvarkra is hatnak a természet négy alapvető ereje: a gravitáció, az erős erő (gluonok közvetítik), az gyenge erő (W és Z bozonok) és az elektromágnesesség. A erős erő felelős azért, hogy a kvarkok a nagyobb részecskék belsejében megkössenek: emiatt a kvarkokat soha nem figyelték meg szabadon (színkötődés vagy confinement). Ugyanakkor az erős kölcsönhatás energiája adja a proton és neutron tömegének nagy részét — az up kvark "saját" tömege viszonylag kicsi.
Tömeg és szerep a hadronokban
Az up kvark ún. "current" tömege néhány MeV nagyságrendű (a pontos értékek bizonytalanok és a méréstől függnek), míg a proton tömegének nagy része a QCD-kötési energiából származik. A proton belső kvarkösszetétele tipikusan két up és egy lefelé irányuló kvark (down) — ez adja a proton össztöltését (+1). A neutron ezzel szemben egy up és két down kvarkból áll, így össztöltése 0.
Alapvető folyamatok és példák
A felfelé irányuló kvarkokból összetettebb részecskék is létrehozhatók, például mesonok (kvark–antikvark párok) és baryonok. Egy jól ismert példa a pion: a π+ mezon kvarkösszetétele u (up) + anti-d (anti-down). A gyenge kölcsönhatás során a kvarkok íze megváltozhat (például down → up típusú folyamatok), ezt a folyamatot a CKM-keverési mátrix írja le a kvarkgenerációk között.
Megfigyelés és történeti háttér
A kvarkmodellt Murray Gell-Mann és George Zweig vezette be az 1960-as évek elején, hogy magyarázza a hadronok rendszerét. Bár a kvarkok közvetlen megfigyelése nem lehetséges a színkötődés miatt, jelenlétükre és tulajdonságaikra számos kísérleti bizonyíték (mélyen rugalmas szórások, spektroszkópia, részecske-összeomlások, részecskegyorsítók eredményei) utalnak.
Összefoglalás
Röviden, a felfelé kvark (up kvark) egy alapvető építőköve az anyagnak: elemi részecske, elektromos töltése +2/3, spinje 1/2, baryonszáma +1/3, három színváltozata van, és részt vesz mind a négy alapvető kölcsönhatásban. Együtt a többi kvarkkal és gluonnal alkotják a protonokat, neutronokat és sok más részecskét, amelyek a minket körülvevő anyagot felépítik.
Két up kvark (u) és egy down kvark (d) alkot egy protont.
Kérdések és válaszok
K: Mik azok a felfelé irányuló kvarkok?
V: A felfelé irányuló kvarkok olyan szubatomi részecskék, amelyek sok nagyobb részecskét, például a protonokat alkotják.
K: Mekkora a töltése a up kvarkoknak?
V: A felfelé irányuló kvarkok töltése +2/3.
K: Hányféle kvark létezik?
V: A kvarkoknak hat fajtája (íze) van.
K: Mekkora a felfelé irányuló kvarkok spinje?
V: A up kvarkok spinje 1/2.
K: Milyen alapvető erők hatnak a up kvarkokra?
V: A felfelé irányuló kvarkokra mind a négy alapvető erő hatással van: a gravitáció, az erős erő, a gyenge erő és az elektromágnesesség.
K: Miből állnak a protonok?
V: A protonok két up kvarkból (amelyek töltése +2/3) és egy down kvarkból (amelyek töltése -1/3) állnak.
K: Milyen részecskék létrehozására használhatók a felfelé irányuló kvarkok?
V: A felfelé irányuló kvarkokból összetettebb részecskéket, például pionokat lehet létrehozni.
Keres