U-Кварк

Як і ўсе кваркі, удзельнічае ва ўсіх чатырох тыпах узаемадзеянняў: моцным, слабым, электрамагнітным, гравітацыйным. Разам з d-кваркамі u-кваркі ўтвараюць нуклоны (пратоны і нейтроны), якія з'яўляюцца асноўнымі складнікамі атамнага ядра. Пратон складаецца з двух u-кваркаў і аднаго d-кварка, а нейтрон — з аднаго u-кварка і двух d-кваркаў. Існуюць і іншыя адроны, якія змяшчаюць u-кваркі. Антычасціцай u-кварка з'яўляецца u-антыкварк, які адрозніваецца ад u-кварка знакам некаторых характарыстык узаемадзеянняў. На сучасным узроўні ведаў u-кварк з'яўляецца бесструктурнай часціцай, гэта значыць сапраўды элементарнай, як і іншыя кваркі і лептоны. У свабодным стане u-кварк не назіраўся.

Існаванне u-кварка было пастуліравана Мюрэем Гел-Манам і Джорджам Цвейгам у працах 1964 г., а эксперыментальнае ўказанне на існаванне было атрымана ў 1968 г. у Нацыянальнай паскаральнай лабараторыі SLAC.

На заранку станаўлення фізікі часціц (першая палова XX ст.), адроны — такія як пратоны, нейтроны, піёны, — нароўні з электронамі/пазітронамі і мюонамі, лічыліся элементарнымі часціцамі. Тым не менш, у той час як адкрываліся новыя адроны, «парк часціц» хутка рос і ў 1950-х гадах іх налічвалася ўжо некалькі дзясяткаў. Спробы сістэматызаваць часціцы былі невыразнымі да 1960 г., калі Мюрэй Гел-Ман прапанаваў схему класіфікацыі часціц, метафарычна названую Васьмярычны шлях і заснаваную на SU(3)-сіметрыі водараў. Падобную класіфікацыю незалежна высунуў Юваль Неэман у 1962 г.

Гэта схема аб'ядноўвала адроны па ізаспінавых мультыплетах, але фізічныя падставы для гэтага былі невыразнымі. У 1964 г. Гел-Ман і Джордж Цвейг незалежна высунулі кваркавую мадэль. На той час яна складалася з трох кваркаў (u, d, s), якія са сваімі анты-партнёрамі, антыкваркамі, утваралі ўсе назіраныя адроны. Але да 1968 г. гэта мадэль была толькі прыгожай абстракцыяй, пакуль эксперыменты па глыбока няпругкаму рассейванню на Стэнфардскім лінейным паскаральніку (SLAC) не пацвердзілі, што пратоны маюць унутраную структуру, гэта значыць складаюцца з кропкападобных аб'ектаў (двух u- і аднаго d-кварка). Гэтыя кропкавыя аб'екты Рычард Фейнман назваў партонамі, і ў рамках тэорыі, званай Партоннай мадэллю (1969 г.), паспяхова апісаў глыбока няпругкія ўзаемадзеянні.

Такім чынам групавая класіфікацыя Гел-Мана і партонная мадэль Фейнмана абвясцілі трыумф кваркавай гіпотэзы. Уся сукупнасць цяперашніх эксперыментальных фактаў не падвяргае сумневу справядлівасць мадэлі.

Спін u-кварка роўны 1/2, цотнасць дадатная. Праекцыі ізаспіна і слабога ізаспіна роўныя +1/2 (знак супрацьпастаўлены d-кварку). Барыённы лік роўны +1/3; а лептонны лік, дзіўнасць, чароўнасць, сапраўднасць і хараство роўныя 0. Як і іншыя кваркі, u-кварк нясе адзін з трох каляровых зарадаў (умоўна званыя чырвоным, сінім і зялёным).

Маса u-кварка, паводле апошніх даных, складае 2,01±0,03 МэВ, ён самы лёгкі сярод кваркаў.

• Мезоны:
  • Зараджаныя піёны (π^±) змяшчаюць u-кварк і d-антыкварк (ці наадварот), а нейтральны піён (π⁰) лінейную камбінацыю u-кварка і u-антыкварка і d-кварка і d-антыкварка (як і цяжэйшыя ρ- і ω-мезоны, гл. ніжэй)
  • Зараджаныя каоны (K^±) змяшчаюць адзін u-кварк або адзін u-антыкварк.
  • Мезоны η і η', якія не маюць водару, з'яўляюцца лінейнай камбінацыяй некалькіх кварк-антыкварковых пар, у тым ліку і u-кварка і u-антыкварка.
  • ρ^±-мезоны маюць той жа склад, што і зараджаныя піёны, толькі іх спін роўны 1, а не 0.
  • Нейтральны D⁰ мезон і зараджаныя B^± мезоны змяшчаюць u-кваркі і u-антыкваркі.

• Барыёны:
  • Пратон (p) змяшчае два u-кваркі, а нейтрон (n) — адзін.
  • Нейтральны дэльта-барыён (Δ⁰), дадатны дэльта-барыён (Δ⁺) і двайны дадатны дэльта-барыён (Δ⁺⁺) змяшчаюць адзін, два і тры u-кваркі адпаведна.
  • Нейтральная лямбда-часціца (Λ⁰) змяшчае адзін u-кварк. Зачараваная дадатная лямбда-часціца (Λ⁺_c) аналагічна.
  • Нейтральная сігма-часціца (Σ⁰) і дадатная сігма-часціца (Σ⁺) змяшчаюць адзін і два u-кваркі адпаведна.
  • Нейтральная ксі-часціца (Ξ⁰) і зачараваная дадатная ксі-часціца (Ξ⁺_c) змяшчаюць u-кварк.
  • Антычасціны вышэйзгаданых барыёнаў змяшчаюць u-антыкварк.