Alamkvarkid (down quark): omadused, laeng ja roll

Alamkvarkid: tutvu nende omaduste, -1/3 laengu ja rolliga aatomiosakeste moodustumises ning lagunemises — lihtne ja põhjalik ülevaade.

Alamkvargid ehk down‑kvargid (sümbol d) on elementaarosakestest (osakesi, mis on nii väikesed, et neid ei saa enam jagada) pärituvad fermionid ja kuuluvad kvarkide perekonda. Kõik kvarkid on elementaarosakesed. (Originaaltektiis oli mõningane segadus, mainiti näiteks „teine kõige massilisem“ ja sõna võlukvarkideks — allpool annan täpse ja korrigeeritud ülevaate.)

Peamised omadused

• Laeng: alamkvargil on -1/3 elektronilaengu ühikut — s.t. tema elektriline laeng on -1/3 e (vastandina alamkvargi anti-osake d̄, mille laeng on +1/3 e).
• Sünbol ja põlvkond: sümbol d; kuulub esimese põlvkonna kvarkide hulka koos üleskvargiga (u).
• Mass: alamkvargi niinimetatud jooksva massi hinnanguline väärtus MS‑bar skeemis on mõne MeV/c² suurusjärgus (PDG andmetel ligikaudu 4–5 MeV/c²), kuid kvarkide „konstituendimass“ hadroonides võib olla oluliselt suurem (sajad MeV) — mass sõltub definitsioonist ja energia skaala valikust.
• Spin ja tüüpilised omadused: spin 1/2 (fermion), kannab ka koloriomadust (kolme värvi vastavust), seega osaleb tugevas vastasmõjus (kvantkromodünaamika, QCD).
• Interaktsioonid: osaleb tugevas, elektromagnetilises ja nõrgal vastasmõjus; gravitatsioon on kvarkide tasemel võrdlemisi tähtsusetu praktilises tähenduses.

Roll tuumas ja hadroonides

Alamkvargid on olulised paljude tuntud osakeste koostises:

• Neutronis on kvarkide koosseis udd (kaks alam‑ ja üks üleskvark), protonis uud (kaks üles‑ ja üks alamkvark).
• Paljud mesonid sisaldavad alam‑ või anti‑alamkvarki: näiteks π− on koosseisus d anti‑u.
• Raskemate hadroonide (näiteks B-mesoonid) koosseisus võib samuti esineda alamkvark: B0 = (d anti‑b), B+ = (u anti‑b) jms.

Lagunemine ja nõrk vastasmõju

Kvarkid ise ei ilmne kunagi vabalt kontakti tõttu kvarkide värviekspansioni ja konfinemendiga — mõõdetavad on hadroonid, milles kvarkid on sidunud. Alamkvark (d) võib nõrga vastasmõju kaudu muutuda üleskvargiks (u) — see on näiteks neutroni beetalahustumise aluseks (neutron → proton + elektron + antineutriino), kus üks neutroni d‑kvarkidest muundub u‑kvargiks vahendades W− bosoni emissiooni. Selles kontekstis mainin ka originaalset lingi­sisu: kvargid lagunevad nõrkade jõudude toimel (ja vahel kirjeldatakse kvarkide üleminekut/segunemist ka üleskvarkideks.)

Muu tähtis

• Vaatlus ja tõendid: kuigi vabu kvarke ei ole eksperimendis tuvastatud (konfainement), annavad sügava inelastilise hajumise mõõtmised, hadronite spekter ja teoreetilised arvutused (nt leidmis­laineda lattice QCD) tuge nende olemasolule ja omadustele.
• CKM‑segunemine ja CP‑efektid: kvarkide nõrgal vastasmõjul esineb põlvkondadevaheline segunemine, mida kirjeldatakse CKM‑maatriksiga; see on oluline näiteks CP‑rikkumise uurimisel B‑mesonites.
• Asümptootiline vabadus: QCD‑is muutub tugeva vastasmõju tugevus väga kõrgetel energia­skaaladel väiksemaks (asümptootiline vabadus), mis seletab kiirete kvarkide käitumist kõrgetes energiates.

Kokkuvõtlikult: alamkvark (d) on esimese põlvkonna kerge kvark, elektrilaenguga −1/3 e, oluline nukleonite ja mesonite koostisosana ning osaleb nii tugevas kui ka nõrgal vastasmõjul. Algtekstist pärinevaid linke säilitasin ja korrigeerisin siinkohal sisu, et anda täpsem ja loetavam ülevaade.

Küsimused ja vastused

K: Mis on põhjakvarkid?

K: Milline on põhjakvarkide laeng?

K: Millistes osakestes leidub tavaliselt põhjakvarki?

K: Kas alumised kvarkid on tavalised?

K: Milline on põhjakvarkide lagunemisaeg?

K: Millised osakesi on kõik kvarkid?

K: Mis on kõige raskem kõigist elementaarosakestest?

Otsing