u-кварк

u-кварк (верхний кварк, ап-кварк)
Символ:	u
Состав:	Элементарная частица
Семья:	Фермион
Группа:	Кварк
Поколение:	Первое
Участвует во взаимодействиях:	сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное
Теоретически обоснована:	Гелл-Манн, Цвейг (1964)
Обнаружена:	1967
Кол-во типов:	3
Масса:	2,01(3) МэВ/c2
Электрический заряд:	+2/3 e
Цветовой заряд:	r, g, b
Спин:	½
Кол-во спиновых состояний:	2

u-кварк или верхний (англ. up) кварк, принадлежит к первому поколению фундаментальных фермионов, имеет заряд +(2/3)e. Как и все кварки, участвует во всех четырёх типах взаимодействий: сильном, слабом, электромагнитном, гравитационном. Вместе с d-кварками u-кварки образуют нуклоны (протоны и нейтроны), которые являются основными составляющими атомного ядра. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон — из одного u-кварка и двух d-кварков. Существуют и другие адроны, содержащие u-кварки. Античаcтицей u-кварка является u-антикварк, который отличается от u-кварка знаком некоторых характеристик взаимодействий. На современном уровне знаний u-кварк является бесструктурной частицей, то есть истинно элементарной, как и другие кварки и лептоны. В свободном состоянии u-кварк не наблюдался.

Существование u-кварка было постулировано Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом в работах 1964 г., а экспериментальные указание на существование было получено в 1968 г. в Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

История

На заре становления физики частиц (первая половина XX в.), адроны — такие как протоны, нейтроны, пионы, — наряду с электронами/позитронами и мюонами, считались элементарными частицами. Тем не менее, в то время как открывались новые адроны, «парк частиц» быстро рос и в 1950-х годах их насчитывалось уже несколько десятков. Попытки систематизировать частицы были невнятными до 1960 г., когда Мюррей Гелл-Манн предложил схему классификации частиц, метафорично названную [1] и основанную на SU(3)-симметрии ароматов^[2]. Похожую классификацию независимо выдвинул Юваль Неэман в 1962 г.^[3][4]

Эта схема объединяла адроны по изоспиновым мультиплетам, но физическое основание этого было неясно. В 1964 г. Гелл-Манн^[5] и Джордж Цвейг^[6][7] независимо выдвинули кварковую модель^[8]. На то время она включала в себя три кварка (u, d, s),^[5][6][7] которые со своими анти-партнерами, антикварками, образовывали все наблюдаемые адроны. Но до 1968 г. эта модель была лишь красивой абстракцией, пока эксперименты по глубоко неупругому рассеянию на Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC) не подтвердили, что протоны имеют внутреннюю структуру, то есть состоят из точечноподобных объектов (двух u- и одного d-кварка).^{[9][10] [11]} Эти точечные объекты Ричард Фейнман назвал партонами,^[12][13][14] и в рамках теории, называемой Партонной моделью (1969 г.), успешно описал глубоко неупругие взаимодействия^[15].

Таким образом групповая классификация Гелл-Манна и партонная модель Фейнмана провозгласили торжество кварковой гипотезы. Вся совокупность нынешних экспериментальных фактов не подвергает сомнению справедливость модели.

Квантовые числа

Спин u-кварка равен 1/2, чётность положительна. Проекции изоспина и слабого изоспина равны +1/2 (знак противоположен d-кварку). Барионное число равно +1/3; а лептонное число, странность, очарование, истинность и красота равны 0. Как и другие кварки, u-кварк несёт один из трёх цветовых зарядов (условно называемые красным, синим и зелёным).

Масса

Масса u-кварка, по последним данным, составляет 2,01±0,03 МэВ^[16], он самый лёгкий среди кварков.

Адроны, содержащие u-кварк

• Мезоны:
  • Заряженные пионы (π^±) содержат u-кварк и d-антикварк (или наоборот), а нейтральный пион (π⁰) линейную комбинацию u-кварка и u-антикварка и d-кварка и d-антикварка (как и более тяжёлые ρ- и ω-мезоны, см. ниже)
  • Заряженные каоны (K^±) содержат один u-кварк или один u-антикварк.
  • Мезоны η и η', не имеющие аромата, являются линейной комбинацией нескольких кварк-антикварковых пар, в том числе и u-кварка и u-антикварка.
  • ρ^±-мезоны имеет тот же состав, что и заряженные пионы, только их спин равен 1, а не 0.
  • Нейтральный D⁰ мезон и заряженные B^± мезоны содержат u-кварки и u-антикварки.

• Барионы:
  • Протон (p) содержит два u-кварка, а нейтрон (n) — один.
  • Нейтральный дельта-барион (Δ⁰), положительный дельта-барион (Δ⁺) и двойной положительный дельта-барион (Δ⁺⁺) содержат один, два и три u-кварка соответственно.
  • Нейтральная лямбда-частица (Λ⁰) содержит один u-кварк. Очарованная положительная лямбда-частица (Λ⁺_c) аналогично.
  • Нейтральная сигма-частица (Σ⁰) и положительная сигма-частица (Σ⁺) содержат один и два u-кварка соответственно.
  • Нейтральная кси-частица (Ξ⁰) и очарованная положительная кси-частица (Ξ⁺_c) содержат u-кварк.
  • Античастицы вышеупомянутых барионов содержат u-антикварк.

Примечания

1. ↑ Троп от буддийского «Восьмеричного пути», ведущего к избавлению от страданий. Имеется ввиду решение трудности классификации.
2. ↑ M. Gell-Mann The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry // The Eightfold Way. — Westview Press, 2000. — С. 11. — ISBN 0-7382-0299-1
   Оригинал: M. Gell-Mann The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry. — California Institute of Technology, 1961.
3. ↑ Y. Ne'emann Derivation of strong interactions from gauge invariance // The Eightfold Way. — Westview Press, 2000. — ISBN 0-7382-0299-1
   Оригинал Y. Ne'emann Derivation of strong interactions from gauge invariance // Nuclear Physics. — 1961. — Т. 26. — С. 222. — DOI:10.1016/0029-5582(61)90134-1
4. ↑ R.C. Olby, G.N. Cantor Companion to the History of Modern Science. — Taylor & Francis, 1996. — С. 673. — ISBN 0415145783
5. ↑ ^{1 2} M. Gell-Mann A Schematic Model of Baryons and Mesons // Physics Letters. — 1964. — Т. 8. — № 3. — С. 214–215. — DOI:10.1016/S0031-9163(64)92001-3
6. ↑ ^{1 2} G. Zweig An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking // CERN Report No.8181/Th 8419. — 1964.
7. ↑ ^{1 2} G. Zweig An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II // CERN Report No.8419/Th 8412. — 1964.
8. ↑ B. Carithers, P. Grannis Discovery of the Top Quark // Beam Line. — SLAC, 1995. — Т. 25. — № 3. — С. 4–16.
9. ↑ E.D. Bloom High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10° // Physical Review Letters. — 1969. — Т. 23. — № 16. — С. 930–934. — DOI:10.1103/PhysRevLett.23.930
10. ↑ M. Breidenbach Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering // Physical Review Letters. — 1969. — Т. 23. — № 16. — С. 935–939. — DOI:10.1103/PhysRevLett.23.935
11. ↑ J.I. Friedman The Road to the Nobel Prize. Hue University. Архивировано из первоисточника 21 февраля 2012. Проверено 29 сентября 2008.
12. ↑ R.P. Feynman Very High-Energy Collisions of Hadrons // Physical Review Letters. — 1969. — Т. 23. — № 24. — С. 1415–1417. — DOI:10.1103/PhysRevLett.23.1415
13. ↑ S. Kretzer et al.' CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects // Physical Review D. — 2004. — Т. 69. — № 11. — С. 114005. — DOI:10.1103/PhysRevD.69.114005
14. ↑ D.J. Griffiths Introduction to Elementary Particles. — John Wiley & Sons, 1987. — С. 42. — ISBN 0-471-60386-4
15. ↑ M.E. Peskin, D.V. Schroeder An introduction to quantum field theory. — Addison-Wesley Pub. Co., 1995. — С. 556. — ISBN 0-201-50397-2
16. ↑ Легчайшие кварки взвешены с невероятной точностью. Membrana (07.04.2010). Архивировано из первоисточника 27 мая 2012. Проверено 1 марта 2012.

См. также

• Кварк
• Изоспин

Литература

• Исчерпывающее описание всех известных свойств u-кварка находится в Review of Particle Properties [1]  (англ.), [2]  (англ.).

Частицы в физике

 

Элементарные частицы	Фермионы Кварки u · d · c · s · t · b Лептоны e− · e+ · μ− · μ+ · τ− · τ+ · νe · νe · νμ · νμ · ντ  · ντ Бозоны Калибровочные бозоны γ · g · W-бозон · Z-бозон бозоны Хиггса H0 Другие Ду́хи Гипотетические Суперпартнёры Гейджино Чарджино · Глюино · Гравитино · Нейтралино Другие Аксино · Хиггсино · Сфермион Другие A0 · Дилатон · G · J · Тахион · X · X (4140) Y · W’ · Z’ · Стерильное нейтрино
Составные частицы	Адроны Барионы / Гипероны Нуклоны (p · p · n · n)  · Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω Мезоны / Кварконии π · ρ · η · η′  · φ · ω  · J/ψ · ϒ · θ · K · B · D · T Другие Атомные ядра · Атомы · Экзотические атомы (Позитроний · Мюоний · Кварконий) · Молекулы Гипотетические Экзотические адроны Экзотические барионы Дибарион · Пентакварк Экзотические мезоны Глюбол · Тетракварк Другие Мезонная молекула · Померон
Квазичастицы	Солитон Давыдова · Экситон · Биэкситон · Магнон · Фонон · Плазмон · Поляритон · Полярон · Примесон · Ротон · Биротон · Дырка · Электрон · Куперовская пара · Орбитон · Трион · Фазон · Флуктуон · Энион · Холон и спинон
Списки	Список частиц · Список квазичастиц · Список барионов · Список мезонов · История открытия частиц