Верхний кварк или u-кварк (обозначение: u) — самый легкий из всех кварков , разновидность элементарной частицы и важная составляющая материи . Он вместе с нижним кварком образует нейтроны (один верхний кварк, два нижних кварка) и протоны (два верхних кварка, один нижний кварк) атомных ядер . Является частью первого поколения материи, имеет электрический заряд +2/3 е иголая масса2.2+0,5
−0,4 МэВ/ c 2 . [1] Как и все кварки , ап-кварк представляет собой элементарный фермион со спином 1/2и испытывает все четыре фундаментальных взаимодействия : гравитацию , электромагнетизм , слабые взаимодействия и сильные взаимодействия . Античастицей ап-кварка является ап-антикварк ( иногда называемый антиуп-кварком или просто антиуп ), который отличается от него только тем, что некоторые его свойства, например заряд, имеют равную величину, но противоположный знак .
Его существование (наряду с существованием нижних и странных кварков ) было постулировано в 1964 году Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом для объяснения схемы классификации адронов Восьмеричного пути . Впервые ап-кварк был обнаружен 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. Взаимоотношения между каждым из них были неясны 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 неохотно описывали 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 ап-кварк чрезвычайно распространен, чистая масса ап-кварка точно не определена, но, вероятно, лежит между 1,8 и 1,8.3,0 МэВ/ c 2 . [15] Расчеты решеточной КХД дают более точное значение:2,01 ± 0,14 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 каждым кварком (см. эквивалентность массы и энергии ). Голая масса ап-кварков настолько легка, что ее невозможно рассчитать напрямую, поскольку необходимо принимать во внимание релятивистские эффекты.