Quark

Quarcul (pl. quarci), este o particulă elementară care interacționează prin forța nucleară puternică și care constituie materia „grea” (numită și barionică). Ipoteza existentei quarcului a fost propusă de teoreticianul Murray Gell-Mann în 1964.

Quarcul în structura materiei 
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).
La începutul anilor 1970 s-a demonstrat însă experimental că și nucleonii sunt de fapt compuși, iar componenții lor, botezați „quarci” de către fizicianul teoretician Murray Gell-Mann, sunt considerați a fi indivizibili, adică particule elementare ca și electronii.

Tipuri și proprietăți 
Quarcii 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.

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

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

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

Clasificare 

Modelul Standard (SM) este sistemul teoretic
formulat în 1974 care descrie toate particulele elementare cunoscute până în prezent, plus bosonul Higgs. Acest model conține 6 tipuri de quarci, care se numesc: up, down, charm, strange, top și bottom.

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?).

Agregarea quarcilor în particule mai grele 
Majoritatea particulelor descoperite la energii înalte, în acceleratoare de particule sau în radiațiile cosmice (o lungă serie de peste 150 de particule diferite, între care protonul și neutronul sunt cele mai bine cunoscute) sunt formate din combinații de quarci. Aceste particule sunt clasificate în două mari categorii: mezonii (formați din doi quarci) și barionii (formați din trei quarci, cum sunt protonul și neutronul).
Protonul (nucleul atomului de hidrogen) este format din doi quarci "up" și un quarc "down" (uud). Neutronul, partenerul neutru al protonului în formarea nucleelor mai grele, este format din trei quarci, doi quarci 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 quarci (penta-quarci). Pentru că situația experimentală nu este foarte clară, unele teorii ar permite existența acestui tip de particule.

Structura quarcilor 
Structura quarcilor 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 quarcilor „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 
Fizicienii teoreticieni Murray Gell-Mann și George Zweig au propus independent în 1964 modelul de quarci.

Cuvântul 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 a fost adoptat ca neologism din limba engleză și este de gen masculin (un quarc, doi quarci).

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

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

Note

Bibliografie

Legături externe 

 The Top Quark And The Higgs Particle de T. A. Heppenheimer – O descriere a experimentului de la CERN pentru stabilirea familiilor de quarkuri.
 The original English word quark and its adaptation to particle physics
 2008 Premiul Nobel pentru Fizică: Discursul lui Makoto Kobayashi 
 2008 Premiul Nobel pentru Fizică: Discursul lui Toshihide Maskawa
 1976 Premiul Nobel pentru Fizică: Discursul lui Samuel C.C. Ting
 1976 Premiul Nobel pentru Fizică: Discursul lui  Burton Richter
 1969 Premiul Nobel pentru Fizică : Discursul lui Murray Gell-Man

Mecanică cuantică
Particule elementare