クォーク

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(一般)
くぉーく

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クォークとは何か

【quark】素粒子の一種で、陽子・中性子・中間子などのハドロンを構成するもの。1964年にマレー・ゲル=マン(Murray Gell-Mann, 1929-)が「フィネガンズ・ウェイク」からの命名。

クォークの性質

フレーバーおよびカラー(色)

アップ(u)・ダウン(d)・ストレンジ(s)・チャーム(c)・ボトム(b)・トップ(t)の6種類ある。これらの種類のことをフレーバーと呼ぶ。さらにそれらの各々が赤・青・緑の「色」*1と呼ばれている属性を持つ*2

世代

クォークのフレーバーは3つの「世代」に分けられる。同じ世代に属するフレーバーはある意味において一つの対になっている。一般に世代が上がるにつれ、クォークの質量は急速に大きくなる。世代は以下のとおりである。

電荷(素電荷e単位) 第1世代 第2世代 第3世代
+2/3 u c t
-1/3 d s b

クォークの複合粒子

クォークと反クォーク(クォークの反粒子)が結合したものをメソン(中間子)という。その際に上記の色に関してはクォークと反クォークの色は補色関係に無くてはならない。また、赤・青・緑3色のクォークがそれぞれ1つずつ結合したものをバリオン(重粒子)という。メソンとして有名なものは湯川秀樹によって予言され、後に観測されたπ中間子がある。また、バリオンで有名なものは陽子および中性子がある。これらのメソンとバリオンをあわせてハドロンと呼ぶ。

クォークの力学・クォークの閉じ込め

ハドロンを構成するクォークどうしはグルーオンが媒介する強い相互作用で結ばれている*3。グルーオンと色荷の関係は光子と電荷の関係と相似である。現在に至るまでこれらのクォークおよびグルーオンは単体で観測されておらず、ハドロンから単体のクォークを取り出すことは不可能とされている。その理論的根拠はウィルチェックらによって発見された量子色力学(QCD)の漸近自由性である。

*リスト::物理関連

*1:「カラー」あるいは「色荷」とも。

*2:但し、本当にそういう色がついているわけではない。分類上のある属性を便宜上「色」と呼んでいるだけである。

*3:これらクォークとグルーオンの力学を記述する理論はQCDと呼ばれる。

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