Quarc

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare
Un proton,compus din trei quarcuri: două quarcuri up (cu sarcina +2/3) și altul down cu sarcina +1/3
Șase dintre particulele Modelului Standard sunt cuarci.

Quarcul[1] (cuarcul[necesită citare], sau quarkul[2], pluralul quarcuri[2] sau quarci[3]) este o particulă elementară care interacționează prin forța nucleară puternică și care constituie materia „grea” (numită și barionică).[4] Ipoteza existentei quarcului a fost propusă de teoreticianul Murray Gell-Mann în 1964.

Quarcul în structura materiei[modificare | modificare sursă]

După un șir lung de experiențe și descoperiri, se cunoaște în prezent că materia este formată din molecule și moleculele din atomi care definesc elementele chimice, descoperite la sfârșitul secolului al XVIII-lea de către Lavoisier. După descoperirea periodicității elementelor și tabelului lui Mendeleev în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, s-a ajuns la începutul secolului al XX-lea la o imagine a atomilor cu un nucleu dens, punctiform și masiv în jurul căruia „oscilează” electronii.

Nucleul atomic însă s-a dovedit mai apoi a fi și el divizibil și conținînd nucleoni (protoni și neutroni).[5] La începutul anilor 1970 s-a demonstrat însă experimental că și nucleonii sunt de fapt compuși, iar componenții lor, botezați „quarcuri” (en: Quark s) de către fizicianul teoretician Murray Gell-Mann, sunt considerați a fi indivizibili, adică particule elementare ca și electronii.

Tipuri și proprietăți[modificare | modificare sursă]

Quarcurile sunt particule de spin 1/2, din familia de fermioni (un fermion, doi fermioni), nume generic atribuit particulelor care au proprietatea că nu se pot găsi în aceeași stare cuantică, spre deosebire de bosoni, particule cu spin întreg sau zero (0, 1, 2, ...), care au adesea rolul de mediator sau de „transportor” de radiație ( Electric field or Force carrier) și care se pot acumula ( sau „condensa”) în aceeași stare cuantică.

Quarcurile există in șase feluri : up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b) și top (t). Masele lor cresc de la valori mici (quarcul up, doar o a mia parte din masa protonului) până la foarte greu, quarcul top.[6][7][8] fiind tot la fel de masiv ca un atom de aur, ceea ce este remarcabil pentru orice particulă elementară.

O altă caracteristică tipică a quarcurilor este sarcina electrică fracționară: +2/3 pentru u,c,t și -1/3 pentru d,s,b.

Cele 6 tipuri de quarcuri au următoarele caracteristici fundamentale:aromă: sus u, jos d, farmec c, straniu s, top t și bază: b.[9]

Clasificare[modificare | modificare sursă]

Modelul Standard (SM) este sistemul teoretic formulat în 1974 care descrie toate particulele elementare cunoscute până în prezent, plus bosonul Higgs (care nu a fost încă observat). Acest model conține 6 tipuri de quarcuri, care se numesc: up, down, charm, strange, top și bottom.[9][10]

Masa particulelor elementare ar rezulta din interacțiile particulelor elementare cu bosonii Higgs cînd acestea se află în mișcare în vidul fizic ocupat de acești bosoni „fundamentali”. Pentru a-i scoate, sau 'genera' din vid, energiile necesare sunt de ordinul a 1 Tera electron volt (1 TeV) estimate cu valori diferite de cîteva variante teoretice. Se anticipează că bosonii Higgs vor fi curînd puși în evidență pentru prima dată la unul din cele două acceleratoare de vîrf- la CERN și în SUA—două Tevatroane capabile de astfel de energii înalte și de detectare de bosoni (Higgs ?).[11]

Agregarea quarcurilor în particule mai grele[modificare | modificare sursă]

Majoritatea particulelor descoperite la energii înalte, în acceleratoare de particule sau în radiațiile cosmice (o lungă serie de peste 150 de particle diferite, între care protonul și neutronul sunt cele mai bine cunoscute) sunt formate din combinații de quarkuri. Aceste particule sunt clasificate în două mari categorii: mezonii (formați din două quarkuri) și barionii (formați din trei quarcuri, cum sunt protonul și neutronul). Protonul (nucleul atomului de hidrogen) este format din doua quarcuri "up" și un quark "down" (uud). Neutronul, partenerul neutru al protonului în formarea nucleelor mai grele, este format din trei quarcuri, doi quarcuri down și un alt quarc up: udd. Astfel, sarcina protonului este u(+2/3) +u(+2/3) +d(-1/3) = +1, iar sarcina neutronului este u(+2/3) +d (-1/3) + d(-1/3) = 0, așa cum au fost măsurate experimental.

În 2001 au fost semnalate în experimentele de fizica energiilor înalte și particule formate din cinci quarcuri (penta-quarcuri). Pentru că situația experimentală nu este foarte clară, unele teorii ar permite existența acestui tip de particule.[12][13]

Structura quarcurilor[modificare | modificare sursă]

Structura quarcurilor este un lucru despre care se vorbește des din punct de vedere teoretic, dar cu privire la structura fina a spinului protonului există date recente experimentale care atestă contribuții partonice de polarizare a quarcurilor „stranii” din vidul fizic. Există mai multe propuneri pentru o eventuală structură, dar aceste propuneri se bazează mai degrabă pe considerente logice și de bună inspirație, doar cu legături indirecte cu experiențele. Câteva exemple sunt modelele rishonilor, partonilor și ale preonilor, propuse în anii 1980.

Descoperire și etimologie[modificare | modificare sursă]

Fizicienii teoreticieni Murray Gell-Mann[14][15] și George Zweig[16][17] au propus independent în 1964 modelul de quarcuri.

Cuvântul quark (scris în românește și în varianta quarc) a fost ales de fizicianul Murray Gell-Mann, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică, inspirat de romanul Finnegan's wake al lui James Joyce și este asociat cu servirea berii în cupe de un quart în Anglia în evul mediu („three quarks for master Mark”). În limba română, substantivul quarc (sau „quark”) a fost adoptat ca neologism din limba engleză și este de gen neutru (un quarc, două quarcuri).[2]

Până în anul 1968 n-au existat dovezi experimentale ferme de existența quarcurilor. Atunci, ciocniri de înaltă energie de electroni cu protoni (experiențe de împrăștiere) au indicat că electronii sunt împrăștiați de trei constituenți punctuali (quarcurile) din interiorul protonului.[18][19][20]

În final, în 1995, quarcul „top” a fost observat la Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) în SUA, și deci toate aromele de quarcuri au fost astfel observate.[14][21]

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ Academia Română, Institutul de Lingvistică „Iorgu Iordan - Al. Rosetti” (2005). „Dicționar ortografic, ortoepic și morfologic al limbii române, ediția a II-a revăzută și adăugită”. Univers Enciclopedic. http://dexonline.ro/definitie/quarc. Accesat la 18 martie 2013. 
  2. ^ a b c Florin Marcu, Constant Maneca (1986). „Dicționar de neologisme”. Editura Academiei Republicii Socialiste România. http://dexonline.ro/definitie/quark. Accesat la 18 martie 2013. 
  3. ^ Nicolae Mihăilescu (2000). Elemente de teoria reactoarelor nucleare. Editura Bren (cursuri universitare UPB) )
  4. ^ Quark (subatomic particle)”. Encyclopedia Britannica. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/486323/quark. Accesat la 29 iunie 2008. 
  5. ^ S.S.M. Wong (1998). Introductory Nuclear Physics (ed. 2nd). Wiley Interscience. p. 30. ISBN 0-471-23973-9 
  6. ^ Top result for Tevatron - physicsworld.com
  7. ^ R. Nave. „Confinement of Quarks”. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Particles/quark.html#c6. Accesat la 29 iunie 2008. 
  8. ^ R. Nave. „Bag Model of Quark Confinement”. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Particles/qbag.html#c1. Accesat la 29 iunie 2008. 
  9. ^ a b R. Nave. „Quarks”. HyperPhysics. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Particles/quark.html. Accesat la 29 iunie 2008. 
  10. ^ Q. Ho-Kim, X.-Y. Phạm (1998). Elementary Particles and Their Interactions: Concepts and Phenomena. Springer. p. 169. ISBN 3540636676 
  11. ^ Why the rumored discovery of the Higgs boson is bad news for particle physics. - By James Owen Weatherall - Slate Magazine
  12. ^ B.J. Bjorken, S.L. Glashow (1964). „Elementary Particles and SU(4)”. Physics Letters 11 (3): 255. doi:10.1016/0031-9163(64)90433-0. 
  13. ^ A. Pickering (1984). Constructing Quarks. University of Chicago Press. pp. 114-125. ISBN 0226667995 
  14. ^ a b . B. Carithers, P. Grannis. „Discovery of the Top Quark” (PDF). Beam Line (SLAC). http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/25/3/25-3-carithers.pdf. 
  15. ^ M. Gell-Mann (1964). „A Schematic of Baryons and Mesons”. Physics Letters 8 (3): 214–215. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3. 
  16. ^ G. Zweig (1964). „An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking”. CERN Report No.8181/Th 8419. 
  17. ^ G. Zweig (1964). „An SU(3) Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking: II”. CERN Report No.8419/Th 8412. 
  18. ^ E.D. Bloom (1969). „High-Energy Inelastic e-p Scattering at 6° and 10°”. Physical Review Letters 23 (16): 930–934. doi:10.1103/PhysRevLett.23.930. 
  19. ^ M. Breidenbach (1969). „Observed Behavior of Highly Inelastic Electron-Proton Scattering”. Physical Review Letters 23 (16): 935–939. doi:10.1103/PhysRevLett.23.935. 
  20. ^ J.I. Friedman. „The Road to the Nobel Prize”. Hue University. http://www.hueuni.edu.vn/hueuni/en/news_detail.php?NewsID=1606&PHPSESSID=909807ffc5b9c0288cc8d137ff063c72. Accesat la 29 septembrie 2008. 
  21. ^ K.W. Staley (2004). The Evidence for the Top Quark. Cambridge University Press. p. 15. ISBN 0521827108 

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

Legături externe[modificare | modificare sursă]

Commons
Wikimedia Commons conține materiale multimedia legate de Quarc