Kuark

Dalam fizik zarah, kuark (disebut ) adalah salah satu (hadron) dari dua juzuk asas jirim (satu lagi ialah lepton). Kuark merupakan satu-satunya zarah asas yang berinteraksi melalui kesemua empat daya asas. 

Kuark mempunyai enam perisa - naik (up - u), turun (down - d), ganjil (strange - s), terpesona (charm - c), bawah (bottom - b) atau atas (top - t). Kuark-kuark naik, terpesona dan atas mempunyai cas elektrik +2/3, sementara kuark turun, ganjil dan bawah mempunyai cas elektrik -1/3. Dalam setiap proton atau neutron, ada 3 kuark. Dalam satu proton, ada dua kuark naik dan satu kuark turun, memberikan cas +1, Dalam satu neutron pula, ada satu kuark naik dan dua kuark turun, memberikan cas neutral. Setiap kuark juga mempunyai satu daripada 3 cas 'warna' (cas daya nukleus kuat) - biru,
hijau atau merah.

Kuark merupakan fermion yang mempunyai antizarahnya (antikuark)/

Spin 

Pengukuran arah spin dari kuark berupa +1⁄2 ( ↑ ) dan −1⁄2 ( ↓ ).

Spin dapat diwakilkan oleh vektor yang panjangnya diukur dalam unit pemalar Planck tereduksi ħ ("h bar"). Untuk kuark, pengukuran komponen vektor Spin sepanjang sumbu apapun hanya dapat menghasilkan nilai-nilai +ħ/2 atau −ħ/2; untuk alasan ini kuark diklasifikasikan sebagai partikel spin-. Komponen spin sepanjang sumbu yang diberikan - oleh konvensi sumbu z - sering dilambangkan dengan panah keatas ↑ untuk nilai + dan panah ke bawah ↓ untuk nilai −, ditempatkan setelah simbol untuk rasa. Sebagai contoh, kuark atas dengan spin + sepanjang sumbu z dilambangkan dengan u↑.

Interaksi lemah 

Suatu jenis kuark dapat berubah menjadi jenis kuark lainnya hanya dapat terjadi melalui interaksi lemah, yang merupakan salah satu dari Gaya Fundamental di fisika partikel. Dengan menyerap atau memancarkan Boson W, setiap jenis Up-kuark (up, charms, dan top) dapat berubah bentuk menjadi jenis Down-kuark (down, strange, dan bottom). Mekanisme perubahan jenis kuark ini menghasilkan Peluruhan beta yang beradioaktif, neutron (n) yang berubah menjadi proton (p), elektron (e`), dan elektron anti neutrino (Ve). Kejadian ini terjadi ketika salah satu down kuark di dalam neutron (udd) meluruh menjadi Up kuark dengan memancarkan virtual W` boson, mengubah neutron menjadi proton (uud). W bosson meluruh menjadi elektron dan elektron antineutrino.

Peluruhan beta maupun proses sebaliknya sering dilakukan dibidang aplikasi medis seperti tomografi emisi positron (positron emission tomography/PET) dan penelitian deteksi neutrino.

Sementara proses transformasi rasa adalah sama untuk semua kuark, setiap kuark memiliki preferensi untuk berubah menjadi kuark generasi mereka sendiri. Kecenderungan relatif dari semua transformasi rasa dijelaskan oleh tabel matematika, atau disebut matriks Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (matriks CKM).Penegakan unitariti, besaran perkiraan entri dari matriks CKM adalah:

di mana Vij merupakan tendensi dari jenis kuark untuk berubah menjadi jenis kuark j (atau sebaliknya).

Terdapat sebuah matriks interaksi lemah setara untuk lepton (sisi kanan W boson di atas beta diagram peluruhan), disebut matriks Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata (matriks PMNS). Bersama-sama,matriks CKM dan PMNS menjelaskan semua perubahan jenis/tipe kuark, namun hubungan di antara keduanya masih belum jelas.

Jisim 

Jisim kuark disebutkan dalam dua perkara yang berbeza iaitu jisim kuark langsung (current quark mass) serta jisim kuark dasar (constituent quark mass) iaitu pada jisim gabungan kuark dan zarah gluon (medan partikel gluon) yang mengelilinginya. Jisim kedua ini biasanya memiliki nilai yang berbeda-beda: sementara gluon tidak memiliki jisim pangkal, gluon memiliki tenaga khususnya kromodinamika kuantum yang mengikat tenaga (QCBE)- jadi inilah yang mempengaruhi jisim keseluruhan hadron (lihat juga jisim dalam relativitas khusus). Sebagai contoh, proton memiliki jisim sekitar 938 MeV/c2, di mana jisim sisa tiga valensi kuark yang hanya menyumbang sekitar 11 MeV/c2; banyak sisanya yang dapat dikaitkan dengan gluon QCBE.

Model Standar berpendapat bahawa jisim partikel unsuri mereka berasal dari mekanisme Higgs, yang terkait dengan boson Higgs. Fisikawan berharap bahawa penelitian lebih lanjut dapat memberikan jawaban untuk jisim top kuark yang besar ini ~173 GeV/c2, yang memiliki jisim yang hampir sebesar atom emas, akan mengungkapkan lebih lanjut tentang asal usul jisim kuark dan partikel dasar lainnya.

Sejarah 
Model kuark pertama kali diajukan oleh dua orang ahli fizik bernama Murray Gell-Mann dan George Zweig  pada tahun 1964. (Fizikawan lainnya Yuval Ne'eman juga mengembangkan skema serupa dengan jalur unsur lapan pada tahun yang sama.( Lihat juga )
Pada saat awal teori kuark ini, partikel liar (atau Particel zoo) juga diikutkan, termasuk partikel lainnya. Gell-mann dan Zweig mengemukakan bahawa mereka bukanlah partikel dasar, melainkan terdiri dari pasangan kuark-antikuark. Model mereka teridiri dari tiga jenis/rasa naik (up), turun (down), asing (strange), properti mereka seperti spin dan muatan listrik. Reaksi awal dari masyarakat pengkaji fizik terhadap model diusulkan ini beragam: ada anggapan khusus tentang apakah kuark adalah entitas fisik atau abstrak yang digunakan untuk menjelaskan konsep yang pada saat itu belum sepenuhnya dimengerti.

Kurang dari setahun, keberadaan untuk model Gell-Mann-Zweig diusulkan. Sheldon Lee Glashow dan James Bjorken meramalkan akan kewujudan suatu kuark jenis keempat, dinamakan Charm. Penambahan itu juga diajukan karena hal tersebut memungkinkan untuk penjelasan yang lebih baik dari interaksi lemah (mekanisme yang menyebabkan kuark untuk meluruh), menjumlahkan jumlah nilai kuark dengan nilai dari lepton, dan terkandung jisim formula yang dengan tepat jisim meson yang diketahui.

Pada tahun 1968, dalam eksperimen hamburan inelastis di Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) menunjukan bahawa proton mengandung benda yang lebih kecil, benda seperti titik dan bukan berupa partikel dasar. Fisikawan enggan untuk mengenalspasti benda-benda ini dengan kuark pada saat itu, bukannya menyebut mereka "parton"—istilah yang diciptakan oleh Richard Feynman. Benda-benda yang diamati di SLAC kemudian akan dikenalpasti sebagai kuark naik dan kuark turn sebagai rasa lain yang ditemukan. Namun,"parton" tetap digunakan sebagai istilah kolektif untuk jenis-jenis bahan dasar hadron (kuark, antikuark, dan gluon).

Keberadaan kuark asing itu secara tidak langsung divalidasi oleh eksperimen hamburan SLAC: tidak hanya hal itu merupakan komponen penting dari Gell-Mann dan model tiga-kuark Zweig, tetapi juga memberikan penjelasan untuk kaon () dan pion () hadron yang ditemukan dalam pancaran sinar kosmik pada tahun 1947.

Dalam sebuah makalah pada tahun 1970, Glashow, John Iliopoulos dan Luciano Maiani disajikan penalaran lebih lanjut untuk keberadaan kuark pesona yang belum ditemukan. Jumlah rasa kuark berkembang menjadi enam rasa saat ini pada tahun 1973, ketika Makoto Kobayashi dan Toshihide Maskawa mencatat bahawa pengamatan eksperimental CP yang dilanggar. bisa dijelaskan jika ada sepasang kuark.

Quark pesona diproduksi hampir bersamaan oleh dua pasukan pada bulan November 1974 (lihat Revolusi November)—satu di SLAC di bawah pimpinan Burton Richter, manakala satu lagi di Brookhaven National Laboratory pimpinan Samuel Ting. Kuark pesona yang diamati terikat dengan antikuark pesona di meson. Kedua-dua pasukan menandakan meson dikesan mereka dengan dua simbol yang berbeda,  dan  dengan demikiannya resmi dikenal sebagai meson J/ψ. Penemuan ini akhirnya meyakinkan komunitas fisika untuk memvaliditas model kuark itu.

Dalam tahun-tahun berikutnya berbagai saran muncul untuk memperluas model kuark menjadi 6 tipe kuark. Dari jumlah tersebut, Haim Harari adalah orang pertama yang merujuk pada istilah atas dan bawah untuk tambahan jenis kuark.

Tahun 1977, kuark bawah dapat dicerap dan dikesan sebuah pasukan pimpinan oleh Leon Lederman di Fermilab. Hasil dari penemuan ini merupakan bukti kuat akan ekberadaan kuark atas (tanpa kuark atas kuark bawah tidak akan memiliki pasangan untuk berikatan). Bagaimanapun, hal ini tidak terjadi sampai adanya penemuan kuark atas pada 1995, yang juga ditemukan oleh tim CDF dan tim DØ di Fermilab. Kuark atas ini memiliki jisim jauh lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya, hampir setara dengan jisim satu atom emas.

Lihat pula 
 Gaya fundamental
 Gluon
 Kromodinamika kuantum
 Model standar

Rujukan

Pustaka

Pautan luar 
 Particle Data Group on quarks
 A schematic model of baryons and mesons, by Murray Gell-Mann (1964)
 Observation of the top kuark at Fermilab
 NanoReisen-A very educational site on Quarks and many other things beyond the nanoscale.
 Standard Model of Particle Physics 
 Quarks
 Quark dance
 A Positron Named Priscilla — A description of CERN’s experiment to count the families of quarks
 The original English word kuark and its adaptation to particle physics
 An elementary popular introduction

Atom
Partikel subatom

Fizik zarah