Нижний кварк (символ: d) — тип элементарной частицы и основная составляющая материи . Нижний кварк является вторым по легкости из всех кварков и объединяется с другими кварками, образуя составные частицы, называемые адронами . Нижние кварки чаще всего встречаются в атомных ядрах , где они объединяются с верхними кварками , образуя протоны и нейтроны . Протон состоит из одного нижнего кварка и двух верхних кварков, а нейтрон состоит из двух нижних кварков и одного верхнего кварка. Поскольку они встречаются в каждом известном атоме, нижние кварки присутствуют во всей повседневной материи, с которой мы взаимодействуем.
Нижний кварк является частью первого поколения материи, имеет электрический заряд − 1/3 e и голая масса4.7+0,5
−0,3 МэВ/ c 2 . [1] Как и все кварки, нижний кварк является элементарным фермионом со спином 1/2 , и испытывает все четыре фундаментальных взаимодействия : гравитацию , электромагнетизм , слабые взаимодействия и сильные взаимодействия . Античастицей нижнего кварка является нижний антикварк (иногда называемый антинижним кварком или просто антидауном ), который отличается от него только тем, что некоторые его свойства имеют одинаковую величину, но противоположный знак .
Его существование (наряду с существованием верхнего и странного кварков ) было постулировано в 1964 году Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом для объяснения схемы классификации адронов «Восьмеричный путь» . Нижний кварк был впервые обнаружен в экспериментах в Стэнфордском центре линейных ускорителей в 1968 году.
В начале физики элементарных частиц (первая половина 20-го века) считалось, что адроны, такие как протоны , нейтроны и пионы, являются 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. Отношения между каждой из них были неясны до 1961 года, когда Мюррей Гелл-Манн [2] и Ювал Нееман [3] (независимо друг от друга) предложили схему классификации адронов, названную Восьмеричным путем , или, выражаясь более техническими терминами, симметрией аромата SU(3) .
Эта схема классификации организовала адроны в изоспиновые мультиплеты , но физическая основа, стоящая за ней, все еще была неясна. В 1964 году Гелл-Манн [4] и Джордж Цвейг [5] [6] (независимо друг от друга) предложили кварковую модель , которая тогда состояла только из верхних , нижних и странных кварков. [7] Однако, хотя кварковая модель объясняла Восьмеричный Путь, прямых доказательств существования кварков не было найдено до 1968 года в Стэнфордском линейном ускорительном центре . [8] [9] Эксперименты по глубокому неупругому рассеянию показали, что протоны имеют субструктуру, и что протоны, состоящие из трех более фундаментальных частиц, объяснили данные (тем самым подтвердив кварковую модель). [10]
Сначала люди не хотели идентифицировать три тела как кварки, предпочитая вместо этого описание партонов Ричарда Фейнмана , [ 11] [12] [13] но со временем теория кварков была принята (см. Ноябрьская революция ). [14]
Несмотря на то, что он чрезвычайно распространен, чистая масса нижнего кварка не определена точно, но, вероятно, лежит в пределах4,5 и 5,3 МэВ/ c2 . [15] Расчеты решеточной КХД дают более точное значение:4,79 ± 0,16 МэВ/ с2 . [ 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 нижних кварков в протоне составляет около300 МэВ/ c2 . Поскольку голая масса нижних кварков настолько мала, ее невозможно напрямую рассчитать , поскольку необходимо учитывать релятивистские эффекты,