Quark (particella): differenze tra le versioni

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Versione delle 18:14, 14 ott 2019

Quark
Un protone, composto di due quark up e un quark down
ComposizioneParticella elementare
FamigliaFermioni
Generazione1a, 2a, 3a
InterazioniElettromagnetismo, gravitazione, forte, debole
Simboloq
AntiparticellaAntiquark (q)
N° tipi6 (quark up, quark down, quark charm, quark strange, quark top e quark bottom)
TeorizzataMurray Gell-Mann (1964)
George Zweig (1964)
ScopertaSLAC (~1968)
Proprietà fisiche
Carica di coloreSì
Spin½

In fisica delle particelle, un quark (AFI: /ˈkwark/[1]) è un tipo di particella elementare e un costituente fondamentale della materia. I quark si combinano per formare particelle composte, dette adroni, i più stabili dei quali sono i protoni e i neutroni, i componenti dei nuclei atomici.[2] A causa di un fenomeno conosciuto come confinamento dei quark, i quark non sono mai osservabili direttamente o trovati liberi; possono essere trovati solo dentro gli adroni, di cui fanno parte i barioni (come i protoni e i neutroni) e i mesoni.[3][4] Per questa ragione, molto di quello che si conosce dei quark si è dedotto da osservazioni degli adroni.

I quark hanno varie proprietà intrinseche, tra cui la carica elettrica, la massa, la carica di colore, e lo spin. Sono le uniche particelle elementari del modello standard a sentire tutte e quattro le interazioni fondamentali (elettromagnetismo, gravitazione, interazione forte e interazione debole), nonché le uniche particelle la cui carica elettrica non è un multiplo intero della carica elementare.

Ci sono sei tipi, detti sapori, di quark: up, down, strange, charm, bottom, e top.[5] i quark up e down sono i più leggeri tra i quark. I quark più pesanti cambiano velocemente in quark up e down tramite un processo di decadimento particellare. A causa di questo, i quark up e down sono generalmente più stabili e i più comuni nell'universo, mentre i quark strange, charm, bottom, e top possono essere prodotti esclusivamente in collisioni di alta energia (come quelle negli acceleratori di particelle o quelle che coinvolgono i raggi cosmici). Per ogni sapore di quark, c'è un corrispondente tipo di antiparticella, detta antiquark, che differisce dal quark solo per alcune proprietà (come la carica elettrica) che hanno lo stesso modulo ma segno opposto.

Il modello a quark fu proposto indipendentemente dai fisici Murray Gell-Mann e da George Zweig nel 1964.[6] I quark furoni introdotti come parte di una schema di classificazione degli adroni, e c'erano poche evidenze per la loro esistenza fino a che non vennero fatti esperimenti di scattering anelastici profondi presso lo Stanford Linear Accelerator Center nel 1968.[7][8] Gli esperimenti all'acceleratore hanno fornito indizi per tutti e sei i sapori. Il quark top, osservato per la prima volta al Fermilab nel 1995, fu l'ultimo ad essere scoperto.[6]

I quark hanno carica elettrica +2/3 o −1/3 (gli antiquark −2/3 o +1/3) e spin 1/2.

Etimologia

Per un po', Gell-Mann era indeciso sull'attuale compitazione per il termine che aveva intenzione di coniare, finché non trovò la parola quark nel romanzo di James Joyce Finnegans Wake:[9]

«

--Three quarks for Muster Mark!
Sure he hasn't got much of a bark
And sure any he has it's all beside the mark.

»

Gell-Mann approfondì il discorso sulla scelta del nome nel suo libro Il quark e il giaguaro (The Quark and the Jaguar, Adventures in the Simple and the Complex):[10]

(EN)

«In 1963, when I assigned the name "quark" to the fundamental constituents of the nucleon, I had the sound first, without the spelling, which could have been "kwork". Then, in one of my occasional perusals of Finnegans Wake, by James Joyce, I came across the word "quark" in the phrase "Three quarks for Muster Mark". Since "quark" (meaning, for one thing, the cry of the gull) was clearly intended to rhyme with "Mark", as well as "bark" and other such words, I had to find an excuse to pronounce it as "kwork". But the book represents the dream of a publican named Humphrey Chimpden Earwicker. Words in the text are typically drawn from several sources at once, like the "portmanteau" words in Through the Looking-Glass. From time to time, phrases occur in the book that are partially determined by calls for drinks at the bar. I argued, therefore, that perhaps one of the multiple sources of the cry "Three quarks for Muster Mark" might be "Three quarts for Mister Mark", in which case the pronunciation "kwork" would not be totally unjustified. In any case, the number three fitted perfectly the way quarks occur in nature.»

(IT)

«Nel 1963, quando assegnai ai costituenti fondamentali del nucleone il nome "quark", avevo prima il suono, senza lo spelling, che poteva essere "kwork". In seguito, in una delle mie occasionali letture di Finnegans Wake, di James Joyce, mi imbattei nella parola "quark" nella frase "Three quarks for Muster Mark". Siccome si intendeva chiaramente che "quark" (che significa, in primo luogo, il verso del gabbiano) facesse rima con "Mark", nonché con "bark" e altre parole del genere, dovetti trovare una scusa per pronunciarla come "kwork". Ma il libro rappresenta il sogno di un gestore di pub di nome Humphrey Chimpden Earwicker. Le parole nel testo sono tipicamente prese da diverse fonti, come le parole "portmanteau" in Attraverso lo specchio. Di tanto in tanto, appaiono frasi nel libro che sono in parte determinate da richieste di drink al bar. Sostenni, quindi, che forse una delle molteplici fonti per il verso "Three quarks for Muster Mark" poteva essere "Three quarts for Mister Mark", in qual caso la pronuncia "kwork" non sarebbe totalmente ingiustificata. In ogni caso, il numero tre si adattava perfettamente al modo in cui i quark appaioni in natura.»

(M. Gell-Mann, The Quark and the Jaguar, Adventures in the Simple and the Complex)

Zweig preferiva il nome: ace (asso) per la particella che aveva teorizzato, ma la terminologia di Gell-Mann ebbe maggior eco quando il modello a quark iniziò ad essere accettato.[11]

I sapori dei quark invece sono stati chiamati così per diverse ragioni. I quark up (su) e down (giù) hanno ricevuto il nome per le componenti "su" e giù" dell'isospin, che portano[12] I quark strani (strange) si chiamano così perché sono stati scoperti essere componenti di "particelle strane" nei raggi cosmici prima che il modello a quark fosse proposto, e perché avevano un insolito lungo tempo di vita.[13] Glashow, il quale propose il quark charm ("fascino") con Bjorken, disse, "Chiamammo il nuovo costrutto charmed quark, perché eravamo affascinati e compiaciuti dalla simmetria che portava nel mondo subnucleare."[14] I nomi "bottom" (inferiore) e "top" (superiore), furono coniati da Harari, che sono stati scelti perché erano i partner logici per i quark su e giù".[13][15] Nel passato ai quark bottom e top si faceva riferimento anche come "beauty" (bellezza) e truth (verità) ma questi nomi sono andati in disuso[16] Mentre il termine "truth" non ha mai preso piede, i complessi di acceleratori incentrati su una produzione abbondante di quark di tipo bottom sono talvolta chiamati "beauty factories".[17]

Storia

Murray Gell-Mann
George Zweig

La teoria dei quark venne avanzata nel 1964 indipendentemente dai fisici statunitensi Murray Gell-Mann[18] e George Zweig,[19] che ipotizzarono di poter spiegare le proprietà degli adroni considerandoli composti da quark elementari.[6] La proposta arrivò poco dopo la formulazione, nel 1961, di Gell-Mann di un sistema di classificazione di particelle conosciuto come la via dell'ottetto – in termini più tecnici, la simmetria di sapore SU(3).[20] Il fisico Yuval Ne'eman sviluppò indipendentemente uno schema simile alla via dell'ottetto nello stesso anno.[21][22] Un primo tentativo di organizzare i costituenti era presente nel modello di Sakata.

Al tempo della concezione della teoria dei quark, lo "zoo delle particelle" comprendeva, tra le altre particelle, una moltitudine degli adroni. Gell-Mann e Zweig ipotizzarono che questi non erano particelle elementari, che fossero invece composti da quark e antiquark. Il loro modello comportava tre sapori di quark, up, down, e strange, ai quali attribuirono proprietà come lo spin e la carica elettrica.[18][19][23] La prima reazione della comunità di fisici fu contrastante. In particolare era oggetto di discussione la natura dei quark: non si era ancora deciso se i quark fossero entità fisiche o astratte e utili solo per spiegare concetti non ancora compresi all'epoca.[24]

In meno di un anno, furono proposte delle estensioni al modello di Gell-Mann–Zweig. Sheldon Lee Glashow e James Bjorken predissero l'esistenza di un quarto sapore di quark, che chiamarono charm. Fu proposta questa aggiunta poiché portava a una migliore spiegazione dell'interazione debole (il meccanismo che permette ai quark di decadere), uguagliava il numero dei quark al numero dei leptoni conosciuti, e implicava una formula di massa che riproduceva correttamente le masse dei mesoni conosciuti.[25]

Nel 1968, esperimenti di scattering anelastici profondi allo Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) mostrarono che il protone conteneva oggetti puntiformi, molto più piccoli, e quindi che non era una particella elementare.[7][8][26] Al tempo, i fisici erano riluttanti ad identificare questi oggetti con i quark; venivano invece chiamati "partoni" – un termine coniato da Richard Feynman.[27][28][29] Gli oggetti osservati allo SLAC sarebbero stati identificati in seguito come quark up e down, quando furono scoperti gli altri sapori.[30] Ciononostante, "partone" rimane in uso come un termine per indicare collettivamente i costituenti degli adroni (quark, antiquark, e gluoni).

L'esistenza del quark strange fu validata indirettamente dagli esperimenti di scattering dello SLAC: non solo era una componente necessaria del modello a tre quark di Gell-Mann e Zweig, ma forniva anche una spiegazione per il kaone (K) e il pione (π), adroni scoperti nei raggi cosmici nel 1947.[31]

In un articolo del 1970, Glashow, Ioannis Iliopoulos e Luciano Maiani presentarono il cosiddetto meccanismo GIM per spiegare la non-osservazione sperimentale delle flavor-changing neutral current. Questo modello teorico necessitava dell'esistenza del quark charm, all'epoca non ancora scoperto.[32][33] Il numero dei quark ipotetici arrivò a sei nel 1973, quando Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa notarono che l'osservazione sperimentale della violazione CP[nb 1][34] poteva essere spiegata se ci fosse un'altra coppia di quark.

I quark charm furono prodotti quasi simultaneamente da due team a novembre del 1974 – uno allo SLAC sotto la guida di Burton Richter, e uno al Brookhaven National Laboratory sotto la guida di Samuel Ting. I quark charm furono osservati legati a degli antiquark charm per formare un mesone. Le due squadre assegnarono al mesone scoperto due simboli diversi, J e ψ; quindi, divenne noto formalmente con il nome di mesone J/ψ. La scoperta convinse finalmente la comunità di fisici della validità del modello a quark.[29]

Negli anni seguenti arrivarono diverse proposte per estendere il modello a quark a sei quark. Di queste, l'articolo del 1974 di Haim Harari[15] fu il primo a coniare i termini top e bottom per i quark aggiuntivi.[35]

Nel 1977, il quark bottom fu osservato da un team guidato da Leon Lederman al Fermilab.[36][37] Questo fu un forte indicatore dell'esistenza del quark top: senza il quark top, il quark bottom non avrebbe un partner. Tuttavia, il quark top non fu scoperto fino al 1995, di nuovo dai team CDF[38] e DØ[39] al Fermilab.[6] Aveva una massa molto più grande di quanto ci si aspettava,[40] quasi quanto quella di un atomo di oro.[41]

Classificazione

A four-by-four table of particles. Columns are three generations of matter (fermions) and one of forces (bosons). In the first three columns, two rows contain quarks and two leptons. The top two rows' columns contain up (u) and down (d) quarks, charm (c) and strange (s) quarks, top (t) and bottom (b) quarks, and photon (γ) and gluon (g), respectively. The bottom two rows' columns contain electron neutrino (ν sub e) and electron (e), muon neutrino (ν sub μ) and muon (μ), and tau neutrino (ν sub τ) and tau (τ), and Z sup 0 and W sup ± weak force. Mass, charge, and spin are listed for each particle.
La suddivisione delle particelle nel Modello Standard. I sei tipi (o sapori) di quark sono colorati in violetto. Le colonne rappresentano le tre generazioni dei fermioni.

Il modello standard è la struttura teorica che descrive tutte le particelle elementari attualmente note. Questo modello contiene sei sapori di quark (q), chiamati up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b), e top (t).[5] Le antiparticelle dei quark sono detti antiquark, sono indicati con una barra sopra il simbolo del quark corrispondente, ad esempio u indica un antiquark up. Come per l'antimateria in generale, gli antiquark hanno la stessa massa, stessa vita media e stesso spin dei rispettivi quark, ma la carica elettrica e le altre cariche hanno il segno opposto.[42]

I quark sono particelle a spin-1⁄2; ciò implica, per il teorema spin-statistica, che sono fermioni. Sono soggetti al principio di esclusione di Pauli, il quale afferma che due fermioni identici non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico. Ciò li differenzia dai bosoni (particelle con spin intero), che possono stare nello stesso stato in un numero qualsiasi.[43] A differenza dei leptoni, i quark possiedono la carica di colore, che li fa rendere influenzati dall'interazione forte. L'attrazione che risulta tra i quark causa la formazione di particelle composte chiamate adroni.

I quark che determinano i numeri quantici degli adroni sono detti quark di valenza; a parte questi, gli adroni possono contenere un "mare" virtuale di quark, antiquark e gluoni, che non influenzano i numeri quantici.[44] Ci sono due famiglie di adroni: i barioni, con tre quark di valenza, e i mesoni, con un quark e un antiquark di valenza.[45] I barioni più comuni sono i protoni e i neutroni, i mattoni dei nuclei.[46] Un grande numero di adroni sono noti, che differiscono per i quark contenuti. L'esistenza di adroni esotici con più quark di valenza, come i tetraquark (qqqq) e i pentaquark (qqqqq), fu ipotizzata fin dal principio del modello a quark[47] ma non fu confermata fino all'inizio del XXI secolo.[48][49][50][51]

I fermioni elementari sono raggruppati in tre generazioni, ciascuna comprendente due leptoni e due quark. La prima generazione comprende quark up e down, la seconda charm e strange e la terza top e bottom. Le ricerche di una quarta generazione di fermioni sono tutte fallite,[52] e secondo alcuni autori non ci sono più di tre generazioni.[nb 2][53][54][55] Le particelle delle generazioni superiori hanno in genere massa più elevata, ma minore stabilità, il che le fa decadere in particelle di generazione inferiore attraverso l'interazione debole. Solo i quark di prima generazione (up e down) esistono spontaneamente in natura. I quark più pesanti si possono originare solo in collisioni ad alta energia, che si verificano in natura nei raggi cosmici e decadono rapidamente. Si ritiene che fossero presenti durante i primi istanti dopo il Big Bang, quando l'universo si trovava in una fase estremamente calda e densa. I quark più pesanti vengono creati artificialmente negli acceleratori di particelle.[56]

Poiché possiedono carica elettrica, massa, carica di colore e sapore, i quark sono le uniche particelle elementari conosciuti ad essere coinvolte in tutte e quattro le interazioni fondamentali della fisica contemporanea: elettromagnetismo, gravitazione, interazione forte e interazione debole.[46] La gravitazione è troppo debole per essere rilevante nelle interazioni tra particelle singole eccetto per valori estremi di energia (energia di Planck) e di distanza (lunghezza di Planck). Tuttavia, siccome non esiste una teoria quantistica della gravità, l'interazione gravitazionale non è descritta dal modello standard.

Proprietà

Carica elettrica

Lo stesso argomento in dettaglio: Carica elettrica.

I quark hanno valori frazionari di carica elettrica: o (−1⁄3) o (+2⁄3) volte la carica elementare (e), a seconda del sapore. I quark up, charm, e top quarks (chiamati i quark di tipo up) hanno una carica di +2⁄3 e, mentre i quark down, strange, e bottom (quark di tipo down) hanno −1⁄3 e. Gli antiquark hanno la carica opposta al corrispondente quark; quelli di tipo up hanno cariche di −2⁄3 e quelli di tipo down hanno cariche di +1⁄3 e. Siccome la carica elettrica di un adrone è la somma delle cariche dei quark costituenti, tutti gli adroni hanno cariche intere: la combinazione di tre quark (barioni), tre antiquark (antibarioni), o di un quark e un antiquark (mesoni) risulterà sempre in cariche positive.[57] Ad esempio, i costituenti adronici dei nuclei atomici, i protoni e i neutroni, hanno rispettivamente la carica +1 e, e 0; il neutrone è composto da due quark down e un quark up, mentre il protone da due quark up e da un quark down.[46]

Spin

Lo stesso argomento in dettaglio: Spin.

Lo spin è una proprietà intrinseca delle particelle elementari, e la sua direzione è un importante grado di libertà. Spesso lo si visualizza come la rotazione di un oggetto intorno al proprio asse (da qui il nome "spin"), sebbene il concetto sia fuorviante a scale subatomiche perché si crede che le particelle elementari siano puntiformi.[58]

Lo spin può essere rappresentato da un vettore la cui lunghezza è misurata in unità della costante di Planck ridotta ħ (pronunciata "h tagliato"). Per i quark, una misurazione della componente di spin lungo un asse qualsiasi dà solo i valori +ħ/2 o −ħ/2; per questo motivo i quark vengono classificati come particelle con spin-1⁄2.[59] La componente dello spin lungo un dato asse – per convenzione l'asse z – è spesso indicata con freccia in su ↑ per il valore +1⁄2 e in giù ↓ per il valore −1⁄2, messa dopo il simbolo del sapore. Ad esempio, un quark up con uno spin di +1⁄2 lungo l'asse z è denotato da u↑.[60]

Massa

Paragone tra le masse dei quark di corrente per tutti e sei i sapori, come sfere di volume proporzionale. Il protone (grigio) e l'elettrone (rosso) sono mostrati in basso a sinistra come scala

Per riferirsi alla massa di un quark si usano due termini: massa di un quark di corrente si riferisce alla massa di un quark in sé, mentre la massa di un quark costituente si riferisce alla massa del quark di corrente più la massa del campo di gluoni circostante il quark.[61] Queste masse tipicamente hanno valori molto diversi. La maggior parte della massa di un adrone viene dai gluoni che tengono insieme i quark costituenti, piuttosto che dai quark stessi. Mentre i gluoni sono intrinsecamente senza massa, possiedono energia – nello specifico, energia di legame quantocromodinamica (QCBE da quantum chromodynamics binding energy) – ed è questa che contribuisce alla massa complessiva dell'adrone. Ad esempio, un protone ha una massa di circa 938 MeV/c2, e la massa dei suoi tre quark di valenza contribuisce solo 9 MeV/c2; la maggior parte della quantità rimanente può essere attribuita all'energia di campo dei gluoni.[62][63] Il modello standard afferma che le particelle elementari prendono le loro masse dal meccanismo di Higgs, che è associato al bosone di Higgs. Si spera che ulteriori ricerche sulle ragioni per la grande massa del quark top, di ~173 GeV/c2, quasi la massa di un atomo d'oro,[62][64] possano rivelare di più riguardo l'origine dellla massa dei quark e delle altre particelle elementari.[65]

Dimensione

Nella QCD, i quark sono considerati puntiformi, senza dimensione. Al 2014, indizi sperimentali indicano che non sono più grandi di 10−4 volte la grandezza di un protone, cioè meno di 10−19 metri.[66]

Tabella delle proprietà

Ai vari sapori dei quark sono assegnati dei numeri quantici di sapore: isospin (I3), charm (C), stranezza (S, da non confondere con lo spin), topness (T), e bottomness (B′).

Il numero barionico (B) ha lo stesso valore (+ 1/3) per tutti i quark, dal momento che i barioni sono costituiti da tre quark.

Per gli antiquark, la carica elettrica Q e i numeri quantici di sapore (B, I3, C, S, T, e B′) hanno segno opposto. La massa e il momento angolare totale invece non sono soggetti al cambiamento di segno.

Le proprietà fondamentali dei sei sapori di quark sono riassunte nella tabella seguente:

Proprietà dei sapori dei quark[62]
Particella Massa (MeV/c2)* J B Q I3 C S T B′ Antiparticella
Nome Simbolo Nome Simbolo
Prima generazione
Up u 2.3±0.7 ± 0.5[nb 3] 1/2 + 1/3 + 2/3 +1/2 0 0 0 0 Antiup
Down d 4.8±0.5 ± 0.3[nb 3] 1/2 +1/3 −1/3 −1/2 0 0 0 0 Antidown
Seconda generazione
Charm c 1275±25 1/2 +1/3 +2/3 0 +1 0 0 0 Anticharm
Strange s 95±5 1/2 +1/3 −1/3 0 0 −1 0 0 Antistrange
Terza generazione
Top t 173210±510 ± 710 1/2 +1/3 +2/3 0 0 0 +1 0 Antitop
Bottom b 4180±30 1/2 +1/3 −1/3 0 0 0 0 −1 Antibottom
dove: J =momento angolare totale, B = numero barionico, Q = carica elettrica, I3 = isospin, C = charm, S = stranezza, T = topness, B′ = bottomness.
* Notazioni come 173210 ± 510 ± 710 denotano due tipi di incertezza di misura. Nel caso del quark top, il primo valore di incertezza è di natura statistica, il secondo rappresenta l'errore sistematico.


Quark e interazione debole

Diagramma di Feynman del decadimento beta rispetto al tempo. La matrice CKM codifica la probabilità di questo e altri modi di decadimento dei quark.

Un quark di un determinato sapore può trasformarsi in un quark di un altro sapore soltanto attraverso l'interazione debole, una delle quattro interazioni fondamentali nella fisica delle particelle. Assorbendo o emettendo un bosone W, ogni quark di tipo "up" (up, charm e top) può cambiarsi in un quark di tipo "down" (down, strange e bottom) e viceversa. Questo meccanismo di trasformazione del sapore provoca un processo radioattivo di decadimento beta nel quale un neutrone (n) si suddivide in un protone (p), un elettrone (e−) e un antineutrino elettronico . Questo avviene quando uno dei quark di tipo down del neutrone (udd) decade in un quark di tipo up emettendo un bosone virtuale W che trasforma il neutrone in un protone (uud). Il bosone W decade in un elettrone e un antineutrino elettronico.[67]

n → p + e− + (decadimento beta, notazione adronica)
udd → uud + e− + (decadimento beta, notazione a quark)

Sia il decadimento beta che il processo di decadimento inverso sono usati normalmente in esperimenti alle alte energie come la rilevazione dei neutrini e in applicazioni mediche come la tomografia ad emissione di positroni (PET).

Three balls "u", "c", and "t" noted "up-type quarks" stand above three balls "d", "s", "b" noted "down-type quark". The "u", "c", and "t" balls are vertically aligned with the "d", "s", and b" balls respectively. Colored lines connect the "up-type" and "down-type" quarks, with the darkness of the color indicating the strength of the weak interaction between the two; The lines "d" to "u", "c" to "s", and "t" to "b" are dark; The lines "c" to "d" and "s" to "u" are grayish; and the lines "b" to "u", "b" to "c", "t" to "d", and "t" to "s" are almost white.
La forza delle interazioni deboli tra i sei quark. L'intensità delle linee è determinata dagli elementi della matrice CKM.

Anche se il processo di trasformazione del sapore è lo stesso per tutti i quark, ciascuno di essi ha la preferenza a trasformarsi in un quark della stessa generazione. Le relative tendenze alla trasformazione sono date dai valori della matrice di Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (matrice CKM):[68]

dove Vij rappresenta la tendenza di un quark di sapore i a cambiarsi in un quark di sapore j (o viceversa).

L'equivalente matrice di decadimento dei leptoni (alla destra del bosone W nel diagramma di Feynman) viene chiamata matrice di Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata o matrice PMNS.[69] Le due matrici CKM e PMNS assieme descrivono tutte le trasformazioni di sapore, ma la relazione tra le due non è ancora ben chiarita.[70]

Cromodinamica quantistica

Diagramma delle fasi della cromodinamica quantistica. I dettagli precisi del diagramma sono ancora oggetto di ricerche[71][72]
Mesoni, barioni e antibarioni rappresentati con le cariche di colore dei quark

In base alla cromodinamica quantistica (QCD), i quark possiedono un'altra proprietà chiamata carica di colore (che non ha niente a che vedere con i colori reali), che, invece di due tipi differenti (+ e -) come la carica elettrica, è di tre tipi: rosso, verde e blu (6 se contiamo le anticariche). Attualmente tutte le particelle conosciute hanno "colore neutro". I barioni sono quindi composti da un quark rosso, uno verde e uno blu, mentre i mesoni sono composti da un quark e da un antiquark del corrispondente "anticolore".

I colori dei quark non sono statici, ma vengono scambiati (sempre mantenendo risultato neutro) dai gluoni, particelle anch'esse dotate di carica di colore e responsabili della propagazione dell'interazione forte. È proprio l'interazione 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 dell'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 all'aumentare della distanza tra i quark. A un certo punto diventa più favorevole, da un punto di vista energetico, creare altri due quark per cancellare la forza crescente, ed è così che due nuovi quark (un quark e un antiquark) spuntano dal nulla. Questo processo viene detto adronizzazione o frammentazione, ed è uno dei processi attualmente meno compresi della fisica delle particelle. Come risultato della frammentazione, 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.


Note

  1. ^ Bruno Migliorini et al., Scheda sul lemma "quark", in Dizionario d'ortografia e di pronunzia, Rai Eri, 2010, ISBN 978-88-397-1478-7.
  2. ^ Quark (subatomic particle), in Encyclopædia Britannica. URL consultato il 29 giugno 2008.
  3. ^ R. Nave, Confinement of Quarks, in HyperPhysics, Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. URL consultato il 29 giugno 2008.
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  5. ^ a b R. Nave, Quarks, in HyperPhysics, Georgia State University, Department of Physics and Astronomy. URL consultato il 29 giugno 2008.
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Annotazioni

  1. ^ La violazione CP è un fenomeno che porta le interazioni deboli a comportarsi diversamente quando si scambiano sinistra e destra (simmetria P) e quando le particelle vengono scambiate con la corrispondente antiparticella (simmetria C).
  2. ^ Il principale indizio si basa sulla larghezza di risonanza del bosone Z0, che vincola il neutrino di quarta generazione ad avere una massa maggiore di ~45 GeV/c2. Questo sarebbe in forte contrasto con i neutrini delle altre tre generazioni, le quali masse non superano i 2 MeV/c2.
  3. ^ a b 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.

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