Quark
Il termine quark si riferisce anche a un tipo di formaggio.Nella fisica delle particelle i quark sono una delle due famiglie di particelle subatomiche, che si ritiene siano fondamentali e indivisibili (l'altra è quella dei leptoni). Gli oggetti composti da quark sono conosciuti come adroni; esempi ben noti sono i protoni e i neutroni.
Si ritiene che i quark non esistano da soli ma solo in gruppi di due o tre (e, più recentemente, cinque); tutte le ricerche di quark singoli, fin dal 1977 hanno avuto esito negativo. I quark si differenziano dai leptoni, l'altra famiglia di particelle elementari, per la carica elettrica. I leptoni (come l'elettrone o i muoni) hanno carica intera (+1, 0 o -1) mentre i quark hanno carica +2/3 o -1/3 (gli antiquark hanno invece carica -2/3 o +1/3). Tutti i quark hanno spin 1/2 h.
Sei differenti tipi di quark sono conosciuti; è in corso la ricerca per i quark di quarta generazione. I quark conosciuti sono:
| Nome | Carica | Massa stimata (MeV) |
|---|---|---|
| Up (u) | +2/3 | da 1,5 a 4,5 1 |
| Down (d) | -1/3 | da 5 a 8,5 1 |
| Charm / Centre (c) | +2/3 | da 1.000 a 1.400 |
| Strange / Sideways (s) | -1/3 | da 80 a 155 |
| Top / Truth (t) | +2/3 | 174.300 ± 5.100 |
| Bottom / Beauty (b) | -1/3 | da 4.000 a 4.500 |
1. le stime della massa di u e d sono controverse e ancora in fase di investigazione; infatti esistono suggerimenti in letteratura, che il quark u sia essenzialmente privo di massa.
La materia ordinaria, come protoni e neutroni è composta da quark delle varietà UP o DOWN. Un protone contiene due UP e un DOWN, con carica totale di +1. Un neutrone è formato da due DOWN e un UP, che danno carica totale pari a zero. Le altre varietà di quark possono essere prodotte solo negli acceleratori di particelle, e degenerano rapidamente in quark UP e DOWN. (Gli elettroni non contengono quark, ma sono un tipo differente di particella chiamata leptone).
In base alla teoria della cromodinamica quantistica (QCD), i quark possiedono un'altra proprietà chiamata "carica di colore" (che non ha niente a che vedere con i colori reali). invece di due tipi differenti di carica (come il + e il - dell'elettromagnetismo), la carica di colore è di tre tipi: "rosso", "verde" e "blu" (6 se contiamo le anticariche). Nella teoria, solo particelle con "colore neutro" possono esistere. Particelle composte da un quark rosso, uno verde e uno blu vengono dette barioni; il protone ed il neutrone ne sono i principali esempi. Particelle composte da un quark e da un antiquark del corrispondente anticolore sono chiamate mesoni.
Particelle di differente carica di colore si attraggono e particelle di carica di colore uguale si respingono, a causa della forza nucleare forte, che viene trasportata dai gluoni, particelle anch'esse dotate di carica di colore. Quindi, i colori dei quark non sono statici, ma vengono scambiati dai gluoni, sempre mantenendo il risultato neutro. Questo interscambio di carica di colore, si crede risulti nella forza nucleare forte che tiene insieme i quark, a formare mesoni e barioni; un effetto "secondario" di questa forza, è quello di tenere neutroni e protoni uniti nel nucleo atomico.
A causa della estrema intensità della forza nucleare forte, i quark non si trovano mai liberi. Sono sempre legati in barioni e mesoni. Quando si cerca di separare i quark, come avviene negli acceleratori di particelle, la forza nucleare forte aumenta con l'aumentare della distanza tra i quark. A un certo punto diventa più favorevole, dal punto di vista energetico, creare altri due quark per cancellare la forza crescente, e due nuovi quark (un quark e un antiquark) spuntano dal nulla. Questo processo viene detto adronizzazione o fragmentazione, ed è uno dei processi meno compresi della fisica delle particelle. Come risultato della fragmentazione, quando i quark vengono prodotti negli acceleratori, invece di vedere l'individuale quark nei rilevatori, gli scienziati vedono "getti" di molte particelle color-neutre (mesoni e barioni) impacchettate assieme.
La teoria dietro i quark venne avanzata per la prima volta dai fisici Murray Gell-Mann e George Zweig, che trovarono di poter spiegare le proprietà di molte particelle considerandole composte da questi quark elementari. Il nome quark deriva da "three quarks for Muster Mark", una frase senza senso contenuta nel romanzo Finnegans Wake di James Joyce.
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