کوارک بالا

کوارک بالا
Up quark
آمار	فرمیونی
نیروهای بنیادی	قوی، ضعیف، الکترومغناطیس، گرانش
نماد	u
پادذره	پادکوارک بالا (u)
نظریه‌پردازی	موری گل-مان (۱۹۶۴); جرج زویگ (۱۹۶۴)
کشف	اسلاک (۱۹۶۸)
جرم	۲٫۳+۰٫۷; −۰٫۵ MeV/c
واپاشی به	کوارک پایدار یا پایین + پوزیترون + الکترون نوترینو
بار الکتریکی	⁄۳e+
بار رنگ	بله
اسپین	⁄۲
ایزواسپین ضعیف	LH: +⁄۲, RH: ۰
ابربار ضعیف	LH: +⁄۳, RH: +⁄۳

کوارک بالا (به انگلیسی: Up quark) (نماد: u)، سبک‌ترین نوع کوارک، نوعی ذره بنیادی و یکی از اجزای اصلی تشکیل‌دهنده ماده است. این کوارک به همراه کوارک پایین، نوترون (یک کوارک بالا، دو کوارک پایین) و پروتون (دو کوارک بالا، یک کوارک پایین) هسته اتم را می‌سازند. این کوارک جرو نسل اول ماده است، بار الکتریکی آن ⁄_۳e+ و جرمی برابر ۲٫۳+۰٫۷
−۰٫۵ MeV/c دارد. مانند سایر کوارک‌ها، کوارک بالا یک فرمیون بنیادی اسپین-۱⁄۲ است و با هر ۴ نیروی بنیادی برهم‌کنش دارد. پادذره آن پادکوارک بالا نامیده می‌شود (گاهی به آن کوارک پادبالا یا فقط پادبالا هم گفته می‌شود) که تنها تفاوتش با کوارک بالا در این است که برخی از ویژگیهای آن مقدار برابر با علامت مخالف با کوارک بالا دارد.

نظریه‌پردازی مبنی بر وجود کوارک بالا (به همراه کوارک‌های پایین و شگفت) در سال ۱۹۶۴ توسط موری گل-مان و جرج زویگ برای توضیح روش طبقه‌بندی راه هشت‌گانه هادرون‌ها پیشنهاد شد. این کوارک نخستین بار به صورت تجربی در سال ۱۹۶۸ در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اسلاک کشف شد.

تاریخچه

در اوایل دوران پیدایش فیزیک ذرات (در نیمه اول قرن بیستم)، چنین پنداشته می‌شد که هادرونهایی مانند پروتون، نوترون و پیون ذرات بنیادی هستند. اما با کشف هادرون‌های جدید، باغ‌وحش ذرات از چند ذره در اوایل دهه ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰، در دهه ۱۹۵۰ به چند دوجین ذره گسترش یافت. رابطه میان هریک از این ذرات تا سال ۱۹۶۱ نامشخص بود تا اینکه در این سال موری گل-مان و یووال نیمان (هر یک به‌طور جداگانه) روش راه هشت‌گانه یا به عبارت فنی‌تر تقارن مزه (3)SU را برای طبقه‌بندی ذرات پیشنهاد دادند.

این طرح طبقه‌بندی هادرون‌ها را به چندقلوهای ایزواسپینی تقسیم می‌نمود اما پایه فیزیکی پشت این طبقه‌بندی، مشخص نبود. در سال ۱۹۶۴، گل-مان و جرج زویگ (مستقل از یکدیگر)، مدل کوارک را پیشنهاد دادند که در آن زمان تنها از کوارک بالا، پایین و شگفت تشکیل می‌شد. اما با اینکه مدل کوارک راه هشت‌گانه را توضیح می‌داد، هیچ‌گونه شواهد تجربی مبنی بر وجود آن در دست نبود تا اینکه در سال ۱۹۶۸ در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اسلاک، این اتفاق افتاد. آزمایش‌های پراکندگی ناکشسان ژرف نشان داد که پروتون زیرساختاری دارد و از سه ذره بنیادی دیگر تشکیل شده‌است و مدل کوارک را تأیید نمود. ابتدا افراد در پذیرش این سه ذره به عنوان کوارک بی‌میل بودند و توصیف پارتون ریچارد فاینمن را ترجیح می‌دادند، اما با گذشت زمان نظریه کوارک مورد پذیرش قرار گرفت.

جرم

جرم کوارک بالا، با قطعیت مشخص نیست اما احتمالاً بین ۱٫۸ و ۳٫۰ MeV/c است. محاسبات کرومودینامیک کوانتومی شبکه‌ای می‌توانند به مقدار دقیقتری برسد: ۲٫۰۱±۰٫۱۴ MeV/c. در درون مزون‌ها (ذرات ساخته‌شده از یک کوارک و یک پادکوارک) یا باریونها، جرم مؤثر (یا جرم ملبس) آن به دلیل انرژی پیوندی ناشی از گلوئونهای میان کوارک‌ها افزایش می‌یابد. جرم خالص کوارک بالا بسیار اندک است و نمی‌توان آن را به صورت سرراست محاسبه نمود زیرا باید اثرات نسبیتی را هم در نظر گرفت.

جستارهای وابسته

منابع

↑ J. Beringer et al. (Particle Data Group) (2012). "PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)'" (PDF). Particle Data Group. Archived from the original (PDF) on 12 May 2013. Retrieved 2013-02-21.
↑ M. Gell-Mann (2000) [1964]. "The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry". In M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (ed.). The Eightfold Way. Westview Press. p. 11. ISBN 0-7382-0299-1.
Original: M. Gell-Mann (1961). "The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry". Synchrotron Laboratory Report CTSL-20. California Institute of Technology
↑ Y. Ne'eman (2000) [1964]. "Derivation of strong interactions from gauge invariance". In M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (ed.). The Eightfold Way. Westview Press. ISBN 0-7382-0299-1.
Original Y. Ne'eman (1961). "Derivation of strong interactions from gauge invariance". Nuclear Physics. 26 (2): 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1.
↑ M. Gell-Mann (1964). "A Schematic Model of Baryons and Mesons". Physics Letters. 8 (3): 214–215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
↑ G. Zweig (1964). "An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking". CERN Report No.8181/Th 8419.
↑ G. Zweig (1964). "An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II". CERN Report No.8419/Th 8412.
↑ B. Carithers, P. Grannis (1995). "Discovery of the Top Quark" (PDF). Beam Line. SLAC. 25 (3): 4–16. Retrieved 2008-09-23.
↑ E. D. Bloom; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Miller, G.; Mo, L.; Taylor, R.; Breidenbach, M.; et al. (1969). "High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°". Physical Review Letters. 23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930.
↑ M. Breidenbach; Friedman, J.; Kendall, H.; Bloom, E.; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Mo, L.; Taylor, R.; et al. (1969). "Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering". Physical Review Letters. 23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935.
↑ J. I. Friedman. "The Road to the Nobel Prize". Hue University. Archived from the original on 25 December 2008. Retrieved 2008-09-29.
↑ R. P. Feynman (1969). "Very High-Energy Collisions of Hadrons". Physical Review Letters. 23 (24): 1415–1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415.
↑ S. Kretzer; Lai, H.; Olness, Fredrick; Tung, W.; et al. (2004). "CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects". Physical Review D. 69 (11): 114005. arXiv:hep-ph/0307022. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005.
↑ D. J. Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. p. 42. ISBN 0-471-60386-4.
↑ M. E. Peskin, D. V. Schroeder (1995). An introduction to quantum field theory. ادیسون-وزلی. p. 556. ISBN 0-201-50397-2.
↑ Cho, Adrian (April 2010). "Mass of the Common Quark Finally Nailed Down". Science Magazine. Archived from the original on 6 March 2012. Retrieved 30 September 2015.

[PDG2012-1] J. Beringer et al. (Particle Data Group) (2012). "PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)'" (PDF). Particle Data Group. Archived from the original (PDF) on 12 May 2013. Retrieved 2013-02-21.

[2] M. Gell-Mann (2000) [1964]. "The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry". In M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (ed.). The Eightfold Way. Westview Press. p. 11. ISBN 0-7382-0299-1.
Original: M. Gell-Mann (1961). "The Eightfold Way: A theory of strong interaction symmetry". Synchrotron Laboratory Report CTSL-20. California Institute of Technology

[3] Y. Ne'eman (2000) [1964]. "Derivation of strong interactions from gauge invariance". In M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (ed.). The Eightfold Way. Westview Press. ISBN 0-7382-0299-1.
Original Y. Ne'eman (1961). "Derivation of strong interactions from gauge invariance". Nuclear Physics. 26 (2): 222. Bibcode:1961NucPh..26..222N. doi:10.1016/0029-5582(61)90134-1.

[Gell-Man1964-4] M. Gell-Mann (1964). "A Schematic Model of Baryons and Mesons". Physics Letters. 8 (3): 214–215. Bibcode:1964PhL.....8..214G. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3.

[Zweig1964a-5] G. Zweig (1964). "An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking". CERN Report No.8181/Th 8419.

[Zweig1964b-6] G. Zweig (1964). "An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II". CERN Report No.8419/Th 8412.

[Carithers-7] B. Carithers, P. Grannis (1995). "Discovery of the Top Quark" (PDF). Beam Line. SLAC. 25 (3): 4–16. Retrieved 2008-09-23.

[Bloom-8] E. D. Bloom; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Miller, G.; Mo, L.; Taylor, R.; Breidenbach, M.; et al. (1969). "High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°". Physical Review Letters. 23 (16): 930–934. Bibcode:1969PhRvL..23..930B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930.

[Breidenbach-9] M. Breidenbach; Friedman, J.; Kendall, H.; Bloom, E.; Coward, D.; Destaebler, H.; Drees, J.; Mo, L.; Taylor, R.; et al. (1969). "Observed Behavior of Highly Inelastic Electron–Proton Scattering". Physical Review Letters. 23 (16): 935–939. Bibcode:1969PhRvL..23..935B. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935.

[10] J. I. Friedman. "The Road to the Nobel Prize". Hue University. Archived from the original on 25 December 2008. Retrieved 2008-09-29.

[11] R. P. Feynman (1969). "Very High-Energy Collisions of Hadrons". Physical Review Letters. 23 (24): 1415–1417. Bibcode:1969PhRvL..23.1415F. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415.

[12] S. Kretzer; Lai, H.; Olness, Fredrick; Tung, W.; et al. (2004). "CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects". Physical Review D. 69 (11): 114005. arXiv:hep-ph/0307022. Bibcode:2004PhRvD..69k4005K. doi:10.1103/PhysRevD.69.114005.

[Griffiths-13] D. J. Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. p. 42. ISBN 0-471-60386-4.

[14] M. E. Peskin, D. V. Schroeder (1995). An introduction to quantum field theory. ادیسون-وزلی. p. 556. ISBN 0-201-50397-2.

[lqcd-15] Cho, Adrian (April 2010). "Mass of the Common Quark Finally Nailed Down". Science Magazine. Archived from the original on 6 March 2012. Retrieved 30 September 2015.