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.