クォーク 、強い力によって相互作用し、基本的なものの1つであると考えられている基本的な亜原子粒子のグループのメンバー 構成要素 の 案件 。クォークは陽子を構成する強い力を介して互いに結合し、 中性子 、後者の粒子がさまざまな比率で結合して原子核を構成するのとほぼ同じ方法で。クォークには、質量と電荷特性が異なる6つのタイプまたはフレーバーがあります。これらの6つのクォークフレーバーは、上下、魅力と奇妙、上下の3つのペアにグループ化できます。クォークは真の素粒子のように見えます。つまり、それらには明らかな構造がなく、より小さなものに解決することはできません。しかし、それに加えて、クォークは常に他のクォークまたは反クォーク、それらの反粒子と組み合わせて発生し、すべてのハドロンを形成するように見えます。 包含する バリオンと 中間子 。
クォーク型 | バリオン数 | 充電 | ストレンジネス** | チャーム** | 下** | 上** | 質量(MeV) |
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*反クォークはクォークのすべてのフレーバーに存在し、ここにリストされているすべての量子数に対して反対の値を持っていることに注意してください。 | |||||||
**これらは、さまざまなフレーバーを区別するためにクォークに割り当てる必要のある量子数です。 | |||||||
ダウン(d) | 1/3 | -(1/3)e | 0 | 0 | 0 | 0 | 5〜15 |
上(u) | 1/3 | +(2/3)および | 0 | 0 | 0 | 0 | 2–8 |
奇妙な(s) | 1/3 | -(1/3)e | -1 | 0 | 0 | 0 | 100〜300 |
チャーム(c) | 1/3 | +(2/3)および | 0 | 1 | 0 | 0 | 1,000〜1,600 |
下(b) | 1/3 | -(1/3)e | 0 | 0 | -1 | 0 | 4,100〜4,500 |
トップ(t) | 1/3 | +(2/3)および | 0 | 0 | 0 | 1 | 180,000 |
1960年代を通じて、理論物理学者は、実験で観察された亜原子粒子の数が増え続けていることを説明しようとして、陽子と中性子がより小さな物質単位で構成されている可能性を検討しました。 1961年、米国のマレーゲルマンとイスラエルのユヴァルネーマンの2人の物理学者が、数学的対称群SU(3)に基づいて、エイトフォールドウェイと呼ばれる粒子分類スキームを提案しました。 。 1964年、ゲルマンは、ジェイムズジョイスの小説の一節から空想的な用語を採用して、スキームの物理的基礎としてクォークの概念を導入しました。 Finnegans Wake 。 (アメリカの物理学者ジョージ・ツワイクは、同じ年に独自に同様の理論を開発し、彼の素粒子エースと呼んだ。)ゲルマンのモデルは、すべての中間子がクォークと反クォークで構成され、すべてのバリオンが構成されているように示されている単純な図を提供した。 3つのクォーク。それは独特のフレーバーによって区別される3つのタイプのクォークの存在を仮定しました。これらの3つのクォークタイプは現在、一般的にアップとして指定されています( u )、ダウン( d )、そして奇妙な( s )。それぞれが電子の電荷の小数値(つまり、電子の電荷よりも小さい電荷、 です )。アップクォーク(チャージ二/3 です )とダウンクォーク(電荷-1/3 です )陽子と中性子を構成しているため、通常の物質で観察されるものです。ストレンジクォーク(電荷-1/3 です )Kのコンポーネントとして発生します 中間子 宇宙線で最初に観測されたが、通常の物質では何の役割も果たさない、他のさまざまな非常に短命の亜原子粒子。
回路のインピーダンスは何ですか
クォークを実際の物理的実体として解釈することは、最初に2つの大きな問題を引き起こしました。まず、クォークはモデルが機能するために半整数のスピン(固有の角運動量)値を持っている必要がありましたが、同時に、奇数の半分を持つすべての粒子(フェルミ粒子と呼ばれる)の振る舞いを支配するパウリの排他原理に違反しているようでした-整数スピン。クォークで構成されたバリオン構成の多くでは、2つまたは3つの同一のクォークを同じクォークに設定する必要がある場合がありました 量子 状態—除外原則によって禁止されている取り決め。第二に、クォークはそれらが構成する粒子から解放されることに反対しているように見えた。クォークを束縛する力は強力でしたが、加速器からの高エネルギー粒子ビームによる衝撃に耐えるのに十分強力であるとは考えられませんでした。
これらの問題は、量子色力学(QCD)で定式化された色の概念の導入によって解決されました。 1973年に画期的なアイデアが発表されたこの強い相互作用の理論では、色は日常の色とは関係がなく、強い力の源であるクォークの性質を表しています。赤、緑、青の色はクォークに起因し、その反対の色である反赤、反緑、反青は反クォークに起因します。 QCDによると、クォークのすべての組み合わせには、互いに打ち消し合うこれらの想像上の色の混合物が含まれている必要があり、結果として得られる粒子には正味の色がありません。たとえば、バリオンは常に1つの赤、1つの緑、1つの青のクォークの組み合わせで構成されているため、排他原理に違反することはありません。強い力の色の性質が役割を果たす 類似 のそれに 電荷 電磁力において、そして電荷が荷電粒子間の光子の交換を意味するのと同じように、色もクォーク間のグルーオンと呼ばれる質量のない粒子の交換を伴います。光子が電磁力を運ぶように、グルーオンはクォークを結合する力を伝達します。クォークはグルーオンを放出および吸収すると色が変化し、グルーオンの交換により適切なクォークの色分布が維持されます。
クォークが接近していると、グルーオンによって運ばれる結合力は弱くなる傾向があります。陽子(または他のハドロン)内、10未満の距離−15メートル、クォークはほとんど自由であるかのように振る舞います。この状態は漸近的自由と呼ばれます。しかし、クォークを引き離し始めると、陽子からクォークをノックアウトしようとするときのように、力の効果が強くなります。これは、QCDで説明されているように、グルーオンはクォーク間を移動するときに他のグルーオンを作成する能力を持っているためです。したがって、加速された粒子に衝突した後、クォークが仲間から離れる速度を上げ始めると、グルーオンはクォークから引き出されたエネルギーを利用します。 モーション より多くのグルーオンを生成します。クォーク間で交換されるグルーオンの数が多いほど、有効な結合力は強くなります。クォークを抽出するために追加のエネルギーを供給すると、そのエネルギーが新しいクォークと最初のクォークが結合する反クォークに変換されるだけです。この現象は、単一のクォークに関連する可能性のある新しい粒子のジェットの生成における高エネルギー粒子加速器で観察されます。
組換えDNAが宿主生物のゲノムに挿入されると、何が作られますか?
1970年代の魅力の発見( c )と下( b )中間子の生成を通じて達成されたクォークとそれに関連する反クォークは、クォークがペアで発生することを強く示唆しています。この推測は、トップと呼ばれる6番目のタイプのクォークを見つける努力につながりました( t )、提案されたフレーバーの後。理論によれば、トップクォークは二/3 です ;そのパートナーであるボトムクォークは、-の電荷を持っています1/3 です 。 1995年に、フェルミ国立加速器研究所の2つの独立した科学者グループが、トップクォークを発見したと報告しました。彼らの結果はトップクォークに173.8±5.2ギガ電子ボルト(GeV; 109eV)。 (次に重いクォークである下部の質量は約4.2 GeVです。)上部クォークが他の素粒子よりもはるかに重い理由はまだ説明されていませんが、その存在は標準模型を完成させます。自然の基本的な構成要素のスキーム。
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