核物理を扱っていると、中性子、陽子、電子などの粒子を含む物質に出くわすことがよくあります。これらの粒子は、クォークとして知られる素粒子で構成されています。
クォークの意味やクォークの定義について知りたいですか?読み進めてください。原子核の内部には、2 種類の安定した粒子が存在します。それらは中性子と陽子です。陽子を構成する基本粒子は、独立した状態で不安定な素粒子であるクォークです。したがって、クォークが孤立した形で見つかることはありません。いくつかのタイプのクォークが結合して、安定したハドロンを形成します。中間子やバリオンなどの他の素粒子は、クォーク グルーオン プラズマの原子核内に見られます。
反クォークと呼ばれる反粒子とペアになっているクォークを常に見つけることができます。それらの組み合わせは、バリオンやメソンなどの他のタイプの亜原子粒子を与えるために結合するハードンと呼ばれます。現在、クォークは構造を欠いているため、他の小さな粒子にさらに分解できない素粒子と見なされています。素粒子物理学において、自然界に存在する唯一の基本素粒子はクォークです。
クォークとは?
宇宙のすべてのものは、それらの基本構成要素として 12 個の基本粒子 (6 個のクォークとレプトン) を持っています。クォークとレプトンは、フレーバーによって分類されます。
クォークの意味/クォークの定義:物理学におけるクォークの意味は、素粒子として記述される物質の基本的な構成要素です。それらは互いに結合して、ハドロンと呼ばれる複合粒子を形成します。陽子と中性子は最も安定したハドロンです。クォークは、素粒子の形態であり、すべての物質の基本的な構成要素として定義できます。
クォークの例
陽子は 1 つのダウン クォークと 2 つのアップ クォークで構成され、中性子は 1 つのアップ クォークと 2 つのダウン クォークで構成されます。
クォークにはさまざまな種類があり、それぞれに対応する反粒子があります。反クォークは、対応するクォークと同じ平均寿命、質量、およびスピンを示します。ただし、電荷などの他のいくつかのプロパティは、符号に関して反対です。
クォークの歴史
物理学におけるクォークのモデルは、ジョージ ツヴァイクとマレー ゲルマンという米国の 2 人の物理学者の助けを借りて、1963 年に誕生しました。ジョージ・ツヴァイクは、これらの粒子を「エース」と名付けました。ゲルマンのモデルは、クォークとそれに対応する反クォークがすべての中間子の構成要素であり、3 つのクォークがバリオンを形成することを明らかにしました。このモデルは、クォークには 6 つのタイプがあり、3 つのペアで存在することを示唆しています。フレーバーは、クォークの種類に付けられた別の名前です。
クォークの種類
クォークの種類: クォークには 6 つのタイプまたはフレーバーがあります:
- 上へ
- ダウン
- トップ
- 下
- 奇妙な
- 魅力
アップクォーク
これらはすべてのクォークの中で最も軽いです。質量が最も小さいため、最も安定したクォークです。それらは記号 u で示され、u はそれらの反粒子を表します。アップクォークの質量は 1.6 ～ 3 MeV/c² です。アップクォークの電荷は + 2/ e.
ダウンクォーク
これらは質量の点でアップクォークに次ぎ、かなり高い安定性を持っています。記号 d はそれらを表し、その質量範囲は 4 ～ 5.6 MeV/c² です。ダウン クォークの電荷は – ⅓ e に等しい。
奇妙なクォーク
アップクォーク、ダウンクォークに次いで3番目に軽いクォークです。それらは記号 s で表され、反クォークは記号 S で表されます。ストレンジ クォークの電荷は – ⅓ e に等しくなります。
チャームクォーク
物理学におけるこのタイプのクォークの例は、J/Psi 粒子と呼ばれる中間子です。チャーム クォークを表す記号は c で、その反粒子は記号 C で表されます。それらの電荷は + 2/3 e に等しくなります。
トップクォーク
このクォークは記号 t で表され、その反粒子の記号は T です。このタイプのクォークの質量は 172.8 ～ 1.5 GeV/c² の範囲です。トップクォークの電荷は + 2/ e に等しい.
ボトムクォーク
ボトムクォークを表す記号は b で、その反粒子は記号 B で表されます。その質量は 4.1 GeV/c² にほぼ等しくなります。ボトムクォークの電荷は – ⅓ e.
クォークの性質
電荷:
クォークの電荷が整数でないことを知るのは奇妙です.チャーム クォーク、アップ クォーク、トップ クォークの電荷は + 2/3 e に等しく、ストレンジ クォーク、ダウン クォーク、ボトム クォークの電荷は - 1/3 e に等しくなります。したがって、チャーム クォーク、アップ クォーク、トップ クォークの電荷は正の部分電荷であり、ストレンジ クォーク、ダウン クォーク、ボトム クォークの電荷は負の部分電荷です。ここで、e は符号なしで電子 1 個が持つ電荷量を表します。すべてのタイプのクォークには対応する反クォークがあるため、それらの電荷は反クォークの符号と逆になります。これは、アップクォークがそのアップ反クォークと共存し、-2/3 e に等しい電荷を持っていることを示しています。
クォークの定義によると、原子核内の陽子と中性子はクォークで構成されています。陽子は 1 つのダウン クォークと 2 つのアップ クォークで構成されますが、中性子は 2 つのダウン クォークと 1 つのアップ クォークで構成されます。このように、陽子は +1e の電荷を運び、中性子は 0 e に等しい電荷を運びます。
サイズ:
クォークの電荷は無視できる程度で、見ることも測定することもできます。これらは、量子色力学では点のような構造と見なされ、サイズは 10 から 19 メートルまでさまざまです。そのサイズは、1968 年にスタンフォード線形加速器センター (SLAC) での深部弾性散乱実験で発見されました。
質量:
クォークの質量は、それらを取り囲むグルオンからなる流体の質量に依存します。これらのクォークによって構成されたハドロン質量の大部分は、クォーク自体の質量ではなく、それらをまとめているグルオンに由来します。
異なるクォークの質量は異なり、トップ クォークが最大の質量を持ち、アップ クォークが最小の質量を持ちます。アップクォークの重さは約 2-8 MeV/c² ですが、トップクォークの重さは約 170-180 * 103 MeV/c² です。クォークの質量は MeV/c² の単位で表されます。MeV はメガ電子ボルトを表し、クォークのエネルギーを表し、c は真空中の光の速度を表します。
カラーチャージ:
量子色力学では、青、緑、赤の 3 種類のクォークの色があります。クォークのこの性質はカラーチャージと呼ばれます。反クォークはクォークと同じ色をしていますが、反青、反緑、反赤として表されます。グルオンには、青、赤、緑、反青、反赤、反緑に対応する 2 つの色電荷もあります。陽子の 3 つの色のクォークをすべて表示することが必須です。
スピン:
世界中のすべての粒子は、それから切り離すことができない特定の特性を示します。これらは、電荷、質量、角運動量などの固有のプロパティと呼ばれます。角運動量は、スピンと呼ばれる素粒子の固有の特性です。
弱い相互作用:
すでに説明したように、安定しているのはダウン クォークとアップ クォークの 2 種類のクォークだけです。他の 4 種類のクォークは不安定です:チャーム クォーク、トップ クォーク、ストレンジ クォーク、ボトム クォーク。これは、これら 4 つのクォークの相互作用力が非常に弱いため、安定した形のクォーク (ダウン クォークとアップ クォーク) に変換するのに十分な時間強いままではないためです。不安定な形から安定な形へのクォークのタイプの変換プロセスは、粒子崩壊プロセスと呼ばれます。
結論
クォークとそのフレーバーに関するすべてが、この記事で説明されています。クォークの特徴についても詳しく説明しました。クォークは、これ以上分解できない宇宙の物質の最も基本的な構成要素です。したがって、それらの基本的な理解が重要です。
よくある質問
Q) ハドロンとは?
A) ハドロンは、グルーオン、クォーク、およびそれらに対応する反クォークで構成される素粒子として定義できます。つまり、ハドロンは、グルーオンによって結合されたクォークの組み合わせであり、対応する反クォークを持っています。
Q) クォークは独立して存在できますか?
クォークは単独では存在できず、特定の物質の構成要素として存在します。概念フレームワークは、その標準的な理論モデルの基礎を形成します。これは、既知のすべての素粒子を定義します。また、観測されていない粒子も定義します。
Q) 陽子のスピンは何に依存していますか?
陽子は 3 つのクォーク (ダウン クォーク 1 つとアップ クォーク 2 つ) で構成されています。これらはすべてグルオンの助けを借りて結合されています。グルオンは、色を帯びた質量のない粒子です。クォークと同じように、グルオンもスピンの性質を持っています。陽子のスピンは、その中のクォークとグルオンのスピンの組み合わせですが、陽子のスピンへの寄与は約 30% にすぎません。
