Down-kvark (d): Egenskaber og rolle i protoner og neutroner
Lær om down-kvarkens egenskaber, ladning -1/3, spin 1/2 og rolle i protoner og neutroner — essentiel for atomkernen og partikelfysik.
Nedre kvarker (ofte skrevet som "d") er elementarpartikler, der indgår i opbygningen af mange større partikler, særligt baryoner som protoner og neutroner. En down-kvark har en elektrisk ladning på -1/3 gange elementarladningen, og siden den er en fermion har den et spin på 1/2. Down-kvarken er den næstletteste af de seks kvarksmager; den letteste er up-kvarken. I almindelige atomkerner er down-kvarkerne stabile som bestanddele af neutroner og protoner.
Egenskaber (kort oversigt)
- Ladning: -1/3 e (hvor e er elementarladningen).
- Spin: 1/2 (fermion).
- Masse: Den "nuværende" (current) masse er meget lille, ca. få MeV/c² (omkring 4–5 MeV/c² efter partikeldata), men den effektive eller konstituerende masse inde i hadroner er væsentligt større (orden 300 MeV/c²) på grund af stærk-interaktionsenergi.
- Farve: Down-kvarker bærer en farveladning (tre farvemuligheder: rød, grøn, blå) og deltager i den stærke væsen via gluoner.
- Generation: Down er en 1. generations kvark (sammen med up-kvarken) og indgår i almindeligt stof.
Roller i protoner, neutroner og andre hadroner
Protonen er sammensat af to up-kvarker og én down-kvark (uud), mens neutronen består af én up- og to down-kvarker (udd). Det er netop forskellen i antal up- og down-kvarker, som giver protonen en samlet positiv ladning og neutronen neutral ladning. Down-kvarker indgår også i mange mesoner og tungere baryoner; for eksempel består pionen π- af en down-kvark og en anti-up-kvark (d anti-u).
Via svag væske kan en down-kvark omdannes til en up-kvark (d → u) ved udsendelse af en W- boson; denne proces er central i beta- henfald, hvor en neutron (udd) omdannes til en proton (uud) + e- + anti-νe.
Konfination, farver og kvantemekaniske regler
Quarker kan ikke isoleres enkeltvis på grund af farve-konfination: den stærke kraft binder dem sammen til farveløse kombinationer (baryoner med tre kvarker eller mesoner med kvark–antiquark). Selvom kvarker er fermioner og dermed underlagt Pauli-princippet (hvor to identiske fermioner ikke kan befinde sig i samme kvantetilstand), kan tre kvarker i et baryon godt dele samme rumlige og spintilstand, fordi de har forskellige farveladninger — det er farve-dimensionen af kvantetilstanden, der gør dette muligt.
Antipartikel og forekomst
Antipartiklen til en down-kvark kaldes en down-antiquark eller blot antidown ( anti-d ). Antikvarker indgår i mesoner og skabes ofte i partikelreaktioner i acceleratoreksperimenter eller kosmisk stråling. Eksempler på partikler med down-kvarkindhold: neutronen (udd), protonen (uud), π- (d anti-u), K0 (d anti-s eller s anti-d afhængig af ladningstilfælde), og mange resonanser og tungere baryoner.
Hvordan ved vi, at kvarker findes?
Beviset for kvarker kom blandt andet fra deep inelastic scattering-eksperimenter, hvor elektroner blev spredt mod protoner og neutroner og viste spor af punktformede delelementer. I dag bekræftes kvarkers egenskaber gennem eksperimenter ved partikelacceleratorer og via præcise målinger, som sammenlignes med kvanteteoriens forudsigelser (kvantekromodynamik, QCD).
Samlet set er down-kvarken et grundlæggende byggesten i normalt stof. Dens elektriske ladning, farveladning og evne til at skifte til up-kvarker gennem den svage kraft gør den afgørende for atomkerners struktur og for processer som beta-henfald.
To nedadgående kvarker (d) og en opadgående kvark (u) danner en neutron
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er down quarks?
A: Down quarks er meget små partikler, der er med til at opbygge mange større partikler, som protoner og neutroner.
Q: Hvad er ladningen af Down-kvarker?
A: Ladningen af Down-kvarker er -1/3.
Q: Hvad er spinnet for dun-kvarker?
A: Down-kvarker er fermioner og har et spin på 1/2.
Q: Hvordan er down-kvarker i forhold til up-kvarker med hensyn til deres vægt?
A: Down-kvarken er den næstletteste kvark, mens up-kvarken er den letteste.
Q: Hvad er antipartiklen til en down-kvark?
A: Antipartiklen til en down-kvark er en down-antikvark, eller bare en antidown.
Q: Kan to down-kvarker eksistere i det samme rum på samme tid?
A: Nej, ned-kvarker er fermioner, hvilket betyder, at der ikke kan eksistere to af dem i det samme rum på samme tid.
Q: Hvad er symbolet for Down-kvarker?
A: Down-kvarker skrives nogle gange som et "d".
Søge