Kuark Nedir?

Kuark, fizikteki temel parçacıklardan biridir. Proton ve nötronlar gibi hadronları oluştururlar. Protonlar ve nötronlar ise, atom çekirdeklerinin tamamlayıcı parçalarıdır. Kuarkları ve kuarkların büyük bir güç ile birbirine etkisini inceleyen bilim dalına parçacık fiziği denir.

Kuarkların karşı parçacıklarına antikuark denir. Kuarklar ve antikuarklar doğadaki dört temel kuvvet ile etkileşime giren tek parçacıklardır: kütleçekimi, elektromanyetizma, zayıf (nükleer) kuvvet ve güçlü (nükleer) kuvvet.

Kuarklar ve Sınırlandırma

Bir kuark, sınırlandırılma (İng: "confinement") denen bir özelliğe sahiptir; yani bir kuark yalnız başına gözlenemez, daima başka bir kuarkla birlikte gözlenir. Bu durum, kütle, spin(dönüş) ve eşlik gibi temel özeliklerinin doğrudan belirlenmesini imkansız kılar. Bu özellikleri keşfetmek için, kuarkların oluşturduğu parçacıklardan çıkarım yapmak zorunda kalırız.

Bu şekilde ölçüm yapacak olursanız, kuarkların tam sayı olmayan bir spine ($+1/2,-1/2$) sahip olduğunu görürsünüz. Bu nedenle kuarklar fermiyondur ve Pauli Dışlanma İlkesine uyarlar.

Kuarklar arasındaki güçlü kuvvet etkileşimleri sırasında; bir çift "renk" ve "antirenk" yüküne sahip kütlesiz vektör ölçülü (İng: "vector gauge") bozonları bulunduran gluon isimli parçacıkları takas ederler. Gluonlar değişirken, kuarkın "rengi" de değişir. Renk adı verilen bu kuvvet, kuarklar birbirine yakınken en zayıftır. Aralarındaki mesafe arttıkça kuvvet de artar.

Kuarklar renk kuvveti ile birbirlerine o kadar bağlıdır ki onları ayırmak için yeterli enerji varsa, kuark-antikuark çifti hemen boş bir kuark ile bağ kurar ve yeni bir hadron oluşturur. Bu yüzden kuarkları asla yalnız gözlemleyemeyiz.

Türlerine Göre Kuarklar

6 tane kuark türü vardır:

• yukarı (İng: "up"),
• aşağı (İng: "down"),
• tılsım (İng: "charm"),
• acayip (İng: "strange")
• üst (İng: "top")
• alt (İng: "bottom")

Kuarkın türü özelliğini de belirler.$+(2/3)e$ yüklü kuarklar yukarı kuark, $-(1/3)e$ yüklü kuarklar ise aşağı kuark olarak adlandırılır. Zayıf negatif/pozitifliğe, zayıf izospinlere göre 3 nesil kuark vardır: İlk nesil kuarklar yukarı ve aşağı kuarklar, ikinci nesil kuarkalar tılsım ve acayip kuarklar, üçüncü nesil kuarklar ise alt ve üst kuarklardır.

Bütün kuarkların baryon numarası ($B=1/3$) ve lepton numarası ($L=0$) vardır. "Kuarkın lezzeti" (İng: "flavor"), diğer özelliklerini ve eşsiz niteliklerini belirler. Yukarı ve aşağı kuarklar sıradan maddelerin çekirdeklerindeki proton ve nötronları oluşturur. En hafif ve kararlı türler bunlardır. Daha ağır kuarklar daha büyük enerji çarpışmaları sonucu oluşur ve hızla yukarı yada aşağı kuarklara dönüşürler. Bir proton iki tane yukarı kuark ve bir aşağı kuarkın birleşiminden, nötron ise bir yukarı kuark ve iki aşağı kuarkın birleşiminden oluşur.

İlk Nesil Kuarklar

Yukarı kuark (Sembol: $u$)

• Zayıf izospin: $+1/2$
• İzospin: $+1/2$
• Yük ($e$'nin oranı): $+2/3$
• Kütle ($MeV/c^2$ ): $1.5-4.0$

Aşağı kuark (Sembol: $d$)

• Zayıf izospin: $-1/2$
• İzospin: $-1/2$
• Yük ($e$'nin oranı):$-1/3$
• Kütle ($MeV/c^2$ ): $4-8$

İkinci Nesil Kuarklar

Tılsım kuark (Sembol: $c$)

• Zayıf izospin: $+1/2$
• Tılsım ($C$): $1$
• Yük ($e$'nin oranı): $+2/3$
• Kütle ($MeV/c^2$ ): $1150-1350$

Acayip kuark (Sembol: $s$)

• Zayıf izospin: $-1/2$
• Acayiplik ($S$): $-1$
• Yük ($e$'nin oranı):-1/3
• Kütle ($MeV/c^2$): $80-130$

Üçüncü Nesil Kuarklar

Üst kuark (Sembol: $t$)

• Zayıf izospin: $+1/2$
• Üstlük ($T$): $1$
• Yük ($e$'nin oranı): $+2/3$
• Kütle ($MeV/c^2$ ): $170200-174800$

Alt kuark (Sembol: $b$)

• Zayıf izospin: $-1/2$
• Altlık ($B^{\prime }$): $1$
• Yük ($e$'nin oranı): $-1/3$
• Kütle ($MeV/c^2$): $4100-4400$