Kvark forrásának megtekintése

[[Fájl:Standard Model of Elementary Particles hu.svg|thumb|300px|right]]
A '''kvarkok''' azok az [[elemi részecske|elemi részecskék]], amelyekből a [[mezon]]ok és a [[barion]]ok (például a [[proton]] és a [[neutron]]) felépülnek. A [[spin]]jük 1/2 <math>\hbar</math>, tehát [[fermion]]ok. A kvarkok részt vesznek mind az erős, mind az elektromágneses, mind a gyenge [[alapvető kölcsönhatások|kölcsönhatásban]]. Az erős kölcsönhatáshoz azonban szorosabb kapcsolat is fűzi őket, az ő [[mértékszabadság]]uk határozza meg az erős kölcsönhatás [[mértékelmélet (fizika)|mértékelméletét]], a [[kvantum-színdinamika|kvantum-színdinamikát]].
== Az egyes kvarkok fontosabb tulajdonságai ==
{| cellpadding="5" cellspacing="2" border="1"  text-align: left;"
! style="vertical-align: top; background-color: rgb(102,255,153);" | Magyar<br />név{{jegyzet|azonos=név|megj=A kvarkok magyar neveit a szakma nem igazán használja, helyette inkább az u-kvark, d-kvark stb. elnevezés szokásos.}}
! style="vertical-align: top; background-color: rgb(102,255,153);" | angol név
! style="vertical-align: top; background-color: rgb(102,255,153);" | jelölés
! style="vertical-align: top; background-color: rgb(102,255,153);" | [[nyugalmi tömeg]]<br />(G[[elektronvolt|eV]]/[[fénysebesség|c]]²)
! style="vertical-align: top; background-color: rgb(102,255,153);" | [[elektromos töltés]]<br />([[elemi töltésegység|e]])
|----- style="vertical-align: top; color: black; background-color: rgb(204,204,204);" 
| Fel
| Up
| '''''u'''''
| 0,0015-0,005
| &nbsp;2/3
|----- style="vertical-align: top; color: black; background-color: rgb(204,204,204);" 
| Le
| Down
| '''''d'''''
| 0,017-0,025
| -1/3
|----- style="vertical-align: top; background-color: skyblue; color: black;" 
| Bájos
| Charm
| '''''c'''''
| 1,1-1,4
| &nbsp;2/3
|----- style="vertical-align: top; background-color: skyblue; color: black;"
| Furcsa
| Strange
| '''''s'''''
| 0,06-0,17
| -1/3
|----- style="vertical-align: top; color: black; background-color: rgb(255,204,153);" 
| Felső
| Top
| '''''t'''''
| 165-180
| &nbsp;2/3
|----- style="vertical-align: top; color: black; background-color: rgb(255,204,153);"
| Alsó
| Bottom
| '''''b'''''
| 4,1-4,4
| -1/3
|}

Minden kvarkhoz tartozik egy [[antirészecske]] amelynek a jele az "eredeti" részecske jele felülvonással: ''anti-u'' = <math>\bar u</math>.

== A kvarkok színe ==
{{bővebben|Színtöltés}}

Az [[erős kölcsönhatás]] az úgynevezett [[színtöltés]]hez kapcsolódik. 1964-ben [[Oscar Wallace Greenberg]] feltette, hogy a kvarkoknak van még egy SU(3)-szimmetriához kapcsolódó töltése, amelyet ma [[színtöltés]]nek hívunk. A nevét azon analógia alapján kapta, hogy a hétköznapi értelemben vett színek 3 alapszínből kikeverhetők és ezért hasonlítanak egy SU(3)-transzformáció állapotaihoz. Az analógia azonban csak külsődleges. A színhez kapcsolódó színhullámfüggvényről feltéve, hogy az mindig szingulett, azaz antiszimmetrikus, sikerült megoldani a bariondekuplett Pauli-elvet sértő tulajdonságát, hiszen az eddig teljesen szimmetrikus hullámfüggvényhez hozzáadva az új antiszimmetrikus részt, az új teljes hullámfüggvény immár antiszimmetrikus lett.{{refhely|Korytov: 3 quarks: u, d, s|9. o.}}

== Kvarkbezárás és aszimptotikus szabadság ==

Szabad kvarkokat nem sikerült kísérletileg megfigyelni, csak több kvark olyan kötött állapotát, amelyek színsemlegesek. Ilyenek például a három szín mindegyikét tartalmazó barionok, egy színt és egy antiszínt tartalmazó mezonok és a három antiszínt tartalmazó antibarionok. Ezt a jelenséget kvarkbezárásnak – vagy inkább [[színbezárás]]nak, mert a gluonokra is vonatkozik – nevezzük. Egzakt magyarázatot nem sikerült még találni rá, bár az [[erős kölcsönhatás]] nagyon erős csatolási állandójával és a közvetítő (szín)mező részecskéinek a [[gluon]]oknak az önkölcsönhatásával lehet magyarázni.

A két kvark közötti erős kölcsönhatás, szemben az elektromágnesessel, nem csökken akkor, ha növekszik a két kvark távolsága. Ezért ha két kvark nagy sebességgel távolodik egymástól, akkor energia szempontjából kedvezőbb, ha két újabb kvark (egy kvark és egy antikvark) keletkezik és megosztják a két eredeti kvark közötti erőteret. Ezt nevezzük [[hadronizáció]]nak. A gyorsítókban szétrepülő kvarkok úgynevezett ''jeteket'' (ejtsd: dzset, angolból) hoznak létre: több tíz nagyjából egy irányba mozgó hadront.

Az erős csatolási állandó energiafüggő, a növekvő energiával – azaz csökkenő távolsággal – csökken az értéke, azaz az erős kölcsönhatás erőssége, ami az [[aszimptotikus szabadság]] jelenségéhez vezet. Ez egyrészt a nagy energiájú szórásfolyamatokban lehetővé teszi a [[kvantum-színdinamika]] perturbatív számítását. Másrészt a kötött állapotok belsejében - ahol a kis távolságok miatt nagy impulzusátadások a jellemzők - a kötött állapotot összetevő kvarkok és gluonok lényegében szabadon, azaz kölcsönhatásmentesen mozognak. Ez lehetővé teszi a szórásfolyamatokban a nagy energiájú szórás leválasztását a kis energiájú hadronizáció folyamatáról.

Nagy energiájú mag-mag ütközésekben, és az időben visszamenve az [[ősrobbanás]] felé pedig várható a kis helyre préselt hadronok [[kvarkanyag]]gá vagy [[kvark-gluon plazma|kvark-gluon plazmává]] alakulása, ahol a kvarkok és gluonok elhagyják eredeti hadronbölcsőjüket és szabadon vándorolnak az egész plazmában. Az égitestek fejlődése során a [[neutroncsillag]] állapot után az elméletek szerint ilyen anyagból álló [[kvarkcsillag]] állapotba zuhanhatnak össze az elég nagy tömegű csillagok.

== A kvarkok kötött állapotai ==
[[Fájl:Neutron quark structure.svg|balra|bélyegkép|A [[neutron]] kvarkszerkezete. Három különböző színű kvarkot (piros-zöld-kék) tartalmaz, ezek közül egy u és két d-kvarkot]]
[[Fájl:Quark structure pion.svg|bélyegkép|A pozitív [[pion]] (π<sup>+</sup>) kvarkszerkezete: Egy kék u-kvarkot és egy anti-kék anti-d-kvarkot tartalmaz]]

{{bővebben|Kvarkmodell}}

A kvarkok kötött állapotait ''hadronoknak'' is nevezzük. A szó jelentése a görög nyelvben: nehéz. Kétféle hadron van: [[barion]] és [[mezon]]. A szín szempontjából minden hadron semleges.

=== A barionok ===

Három kvark alkotja a szokásos barionokat (három antikvark az antibarionokat), ahol a három kvarknak három különböző színe van. A közismert [[proton]] összetétele ''uud,'' a [[neutron]]é ''udd.'' Minden barion [[fermion]]. A barionokat további két csoportba soroljuk, ezek a [[nukleon]]ok és [[hiperon]]ok. A nukleonok az [[atommag]] alkotórészei, a proton ill. a neutron. A hiperonok közé tartozik - többek között - a lambda- és a kszí-hiperon. A "hiperon" név a nagy tömegükre utal.

Van egy csak a barionok esetén nem nulla megmaradó mennyiség, a [[barionszám]] vagy ''bariontöltés.'' A barionok barionszáma +1, az antibarionoké -1. A barionszám-megmaradás miatt barionok csak antibarionokkal együtt, párban keletkezhetnek. Ez a tapasztalat vezetett a barionszám-megmaradás felismeréséhez az [[1950-es évek]]ben.

=== A mezonok ===

Egy kvark és egy antikvark alkotja a szokásos mezonokat. Ilyenek például a [[pion]]ok. A π<sup>+</sup> például egy ''u'' és egy ''anti-d'' kvarkból áll. Egy színt és a neki megfelelő antiszínt hordoznak. Minden mezon [[bozon]]. A mezonok barionszáma nulla, ezért ők nem csak párban keletkezhetnek.

== A kvarkok tömege ==

A kvarkok tömegéről szokás sokszor ugyanúgy beszélni, mint más részecskék tömegéről, a tömeg fogalma a kvarkok esetén azonban mégis bonyolultabb, mivel a kvarkok nem figyelhetők meg szabadon. Ezért a ''kvarktömeg'' fogalma egy elméleti konstrukció, és mindig meg kell mondanunk, hogy adott esetben hogyan definiáljuk.

=== Áramkvark-tömegek ===

A QCD közelítő [[királis szimmetria|királis szimmetriája]] lehetővé teszi, hogy [[királis perturbációszámítás]]sal a pszeudoskalár [[mezon]]oktett tömegkombinációiból meghatározzuk a különféle ''(u, d'' és ''s)'' kvarktömegek arányait:

::<math>\frac{m_u}{m_d}=0.56</math> és <math>\qquad\frac{m_s}{m_d}=20.1.</math>

A tény, miszerint ''m<sub>u</sub> &nbsp;≠&nbsp; 0'' nagyon fontos, mivel nem lenne [[erős CP-probléma]] eltűnő ''m<sub>u</sub>'' esetén. Az abszolút tömegeket jelenleg [[QCD összegszabályok]]kal (másképpen ''spektrálfüggvény összegszabályokkal)'' és [[rács QCD]] számításokkal lehet meghatározni. Az így meghatározott kvarktömegeket ''áramkvarktömegeknek'' hívjuk. A különböző áramkvarktömeg definíciók közötti kapcsolat megértéséhez szükség van a [[renormálás]] teljes eszközrendszerére.

=== Összetevőkvark-tömegek ===

Egy másik, régebbi módszer a kvarktömegek definiálására a [[kvarkmodell]] [[Gell-Mann–Okubo-tömegösszefüggés]]ének a használata, ami a [[hadron]]tömegeket a kvarktömegek segítségével adja meg. Az így meghatározott tömegeket ''összetevőkvark-tömegeknek'' nevezzük, amelyek jelentősen különböznek a fent definiált áramkvarktömegektől. Az összetevőtömegeknek nincs semmilyen további dinamikai jelentése.

=== Nehézkvark-tömegek ===

A nehéz ''c'' és ''b'' kvarkok tömegét egy nehéz kvarkot (és egy könnyű antikvarkot vagy két könnyű kvarkot) tartalmazó hadronok tömegéből és a [[kvarkónium]]ok vizsgálatából kaphatjuk meg. [[Rács-QCD]] számítások ezen kvarktömegek meghatározására a [[nehézkvark effektív elmélet]]et (HQET) vagy a [[nemrelativisztikus kvantumszíndinamika|nemrelativisztikus kvantumszíndinamikát]] (NRQCD) használják

A ''t (top)'' kvark elég nehéz ahhoz, hogy a perturbatív QCD-t használhassuk tömege meghatározásához. [[1995]]-ös felfedezése előtt a top kvark tömegére a legjobb elméleti becsléseket a [[standard modell]] precíziós tesztjeinek globális analízise adta. A top kvark azonban egyedülálló abban az értelemben, hogy elbomlik, mielőtt [[hadronizáció|hadronizálódhatna]], így tömege közvetlenül mérhető a bomlástermékekből.

== Története ==

Az [[1950-es évek]]ben egymástól függetlenül [[Murray Gell-Mann]] és [[Nisidzsima Kazuhiko]] osztályozták a hadronokat [[elektromos töltés]]ük, [[barionszám]]uk, [[izospin]]jük és [[ritkaság]]uk alapján, felismerve a [[Gell-Mann–Nisidzsima-összefüggés]]t az említett kvantumszámok között. [[1961]]-ben Gell-Mann és [[Júvál Neemán]] SU(3)-multiplettekbe (oktettekbe és dekuplettekbe) sorolta a hadronokat. [[1964]]-ben azután Gell-Mann és [[George Zweig]] bevezették a kvarkokat, mint elemi építőköveket, amelyekkel (eredetileg hárommal) fel tudták építeni az összes ismert hadront, sőt a dekuplettből hiányzó Ω<sup>−</sup> hiperont és tulajdonságait is megjósolták, amit még abban az évben felfedeztek. A kvarkmodell egy globális íz-SU(3) szimmetria, ami része a QCD közelítő [[királis szimmetria|királis szimmetriájának]].

Nagyenergiájú hadronreakciók tulajdonságainak vizsgálata arra vezette [[Richard Feynman]]t, hogy posztulálja a hadronok szubstruktúráit, amiket ő [[parton]]oknak nevezett. A mélyen rugalmatlan szórások hatáskeresztmetszetének skálázását, ami az [[áramalgebra|áramalgebrából]] származtatható, [[James Bjorken]] a partonok segítségével magyarázta meg. Amikor a [[Bjorken-skálázás]]t egy [[1969]]-es kísérlet igazolta, akkor felismerték, hogy a kvarkok és a partonok ugyanazok az objektumok lehetnek. A kapcsolatot a QCD [[aszimptotikus szabadság]]ának bizonyítása ([[1973]]: [[David Jonathan Gross|David Gross]], [[Frank Wilczek]] és [[David Politzer]]) erősítette meg. A [[proton]] szerkezetének ([[struktúrafüggvény]]einek) későbbi kísérleti vizsgálata kimutatta, hogy a proton impulzusának csak mintegy felét viszi a kvarkmodellből ismert három összetevő kvark ''(uud),'' a többit egyéb objektumok. Ezt a három kvarkot – általában is hadronok esetén a kvarkmodell által megadott kvarkokat – ''vegyértékkvarkoknak'' nevezzük, a többi alkotórészt pedig virtuális [[gluonok]]kal és kvark-antikvark párokkal sikerült azonosítani, amiket együtt ''tenger''-nek nevezünk, a benne levő kvarkokat pedig ''tengerkvark''-oknak.

A ''c'' kvarkot ("bájos kvark") [[1973]]-ban [[Sheldon Glashow]], [[Iliopoulos]] és [[Maiani]] posztulálta, hogy megelőzze a standard modell nemfizikai ízváltásait a gyenge bomlásokban. A J/[[ψ]]-mezon (két csoport által, az egyik az egyik, a másik a másik nevet adta, végül egyesítették a két nevet) [[1975]]-ös felfedezése után felismerték, hogy ez egy ''c'' kvarkból és antikvarkból áll.

A kvarkok harmadik [[részecskecsaládok|generációját]] [[Kobajasi Makoto]] és [[Maszkava Tosihide]] jósolta meg, miután felismerték, hogy a megfigyelt [[CP-sértés]] nem integrálható bele a [[standard modell]]be, ha csak két generáció létezik. A bottom ''(b)'' kvarkot [[1977]]-ben, a top ''(t)'' kvarkot [[1996]]-ban fedezték fel a [[Fermilab]]ban, az utóbbit a [[Tevatron]]nal.

== A kvark név etimológiája ==
Gell-Mann [[James Joyce]] könyvéből, a ''[[Finnegan’s Wake]]''-ből vette a kvark szót és annak angol betűzését:
<ref>{{cite book|author=J. Joyce|title=Finnegans Wake|page=383|publisher=[[Penguin Books]]|year=1982|origyear=1939|isbn=0-14-006286-6|lccn=5935}}</ref>

{{idézet2|<poem>
Three quarks for Muster Mark!
Sure he has not got much of a bark
And sure any he has it's all beside the mark.
</poem>}}
:„Három kvarkot Mark mesternek!...” A quark (kvark) kifejezés a hark! (hé!) és a quart (negyedgallonos sör) szavak összevonásával jött létre.

== Jegyzetek ==
{{jegyzetek}}

== Források ==

* {{hely|Korytov: 3 quarks: u, d, s}} {{CitWeb|url=http://www.phys.ufl.edu/~korytov/phz6355/note_A20_three_quarks.pdf|cím=Introduction to Elementary Particle Physics|alcím=Three quarks: u, d, s|weblap=www.phys.ufl.edu}}

== További információk ==

=== Web ===

* [http://hiszedmi.blog.hu/2010/10/18/kvark_joyce A kvark szó irodalmi eredete] {{Wayback|url=http://hiszedmi.blog.hu/2010/10/18/kvark_joyce |date=20160305033351 }}
* [http://www.tudtad.com/2013/06/a-kvarkok-titka.html A kvarkok titka]

=== Könyvek ===

* Apfel, Necia: ''It’s All Elementary: From Atoms to the Quantum World of Quarks, Leptons, and Gluons''. New York: HarperColllins, 1997
* Berger, Melvin: ''Atoms, Molecules and Quarks''. New York: Penguin Young Readers’ Group, 1996
* Bortz, Fred: ''Quarks''. Cherry Hill, NJ: Rosen Publishing, 2004
* Gell-Mann, Murry: ''The Quark and the Jaguar''. New York: Abacus Books, 1995
* Kidd, Jerry: ''Nuclear Power: The Study of Quarks and Sparks''. New York: Facts on File, 2006
* Schwartz, David: ''Q Is for Quark: A Science Alphabet Book''. Berkeley, CA: Ten Speed Press, 2001

{{commonskat|Quark}}

{{Elemi részecske}}
{{Nemzetközi katalógusok}}
{{Portál|Fizika}}

[[Kategória:Elemi részecskék]]