Нижний кварк (обозначение: d) — это тип элементарной частицы и основной компонент материи . Нижний кварк является вторым по лёгкости из всех кварков и в сочетании с другими кварками образует сложные частицы, называемые адронами . Нижние кварки чаще всего встречаются в атомных ядрах , где они соединяются с верхними кварками , образуя протоны и нейтроны . Протон состоит из одного нижнего кварка и двух верхних кварков, а нейтрон — из двух нижних кварков и одного верхнего кварка. Поскольку даун-кварки присутствуют в каждом известном атоме, они присутствуют во всех повседневных веществах, с которыми мы взаимодействуем.
Даун-кварк является частью первого поколения материи и имеет электрический заряд —1/3 е иголая масса4.7+0,5
−0,3 МэВ/ c 2 . [1] Как и все кварки, даун-кварк представляет собой элементарный фермион со спином 1/2и испытывает все четыре фундаментальных взаимодействия : гравитацию , электромагнетизм , слабые взаимодействия и сильные взаимодействия . Античастицей даун-кварка является даун-антикварк (иногда его называют антидаун -кварком или просто антидауном ), который отличается от него лишь тем, что некоторые его свойства имеют равную величину, но противоположный знак .
Его существование (наряду с существованием верхних и странных кварков ) было постулировано в 1964 году Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом для объяснения схемы классификации адронов Восьмеричного пути . Даун-кварк впервые наблюдался в экспериментах Стэнфордского центра линейных ускорителей в 1968 году.
На заре физики элементарных частиц (первая половина 20-го века) адроны , такие как протоны , нейтроны и пионы , считались элементарными частицами . Однако по мере открытия новых адронов « зоопарк частиц » вырос с нескольких частиц в начале 1930-х и 1940-х годов до нескольких десятков в 1950-х годах. Взаимосвязь между каждым из них была неясной до 1961 года, когда Мюррей Гелл-Манн [2] и Юваль Нееман [3] (независимо друг от друга) предложили схему классификации адронов, названную « Восьмеричным путем» , или, выражаясь более техническим языком, SU . (3) симметрия вкуса .
Эта схема классификации организовала адроны в мультиплеты изоспина , но физическая основа, лежащая в ее основе, все еще была неясна. В 1964 году Гелл-Манн [4] и Джордж Цвейг [5] [6] (независимо друг от друга) предложили кварковую модель , состоявшую тогда только из верхних , нижних и странных кварков. [7] Однако, хотя модель кварков объясняла Восьмеричный Путь, никаких прямых доказательств существования кварков не было найдено до 1968 года в Стэнфордском центре линейных ускорителей . [8] [9] Эксперименты по глубоконеупругому рассеянию показали, что протоны имеют субструктуру, и что протоны, состоящие из трех более фундаментальных частиц, объясняют данные (подтверждая тем самым кварковую модель). [10]
Сначала люди не хотели идентифицировать три тела как кварки, вместо этого предпочитая партонное описание Ричарда Фейнмана [ 11] [12] [13] , но со временем теория кварков стала общепринятой (см. « Ноябрьская революция »). [14]
Несмотря на то, что даун-кварк чрезвычайно распространен, чистая масса даун-кварка точно не определена, но, вероятно, лежит между 4,5 и5,3 МэВ/ с 2 . [15] Расчеты решеточной КХД дают более точное значение:4,79 ± 0,16 МэВ/ с 2 . [16]
При обнаружении в мезонах (частицах, состоящих из одного кварка и одного антикварка ) или барионах (частицах, состоящих из трех кварков), «эффективная масса» (или «одетая» масса) кварков становится больше из-за энергии связи , вызванной глюонным полем. между кварками (см. эквивалентность массы и энергии ). Например, эффективная масса даун-кварков в протоне составляет около300 МэВ/ c 2 . Поскольку чистая масса даун-кварков настолько мала, ее невозможно рассчитать напрямую, поскольку необходимо принимать во внимание релятивистские эффекты: