* الكوارك في الفيزياء النووية - مصفوفة سي-كي-ام - انواع الكوارك

مادة كوارك في الفيزياء النووية
مادة كوارك في الفيزياء النووية، ديناميكا لونية كمومية (بالإنجليزية : Quark matter أو QCD matter) هي أي طور من عدة اطوار للمادة تعامل نظريا طبقا للميكانيكا اللونية الكمومية ويكون لها درجات حرية تحوي كواركات وجلوونات. تلك الأطوار النظرية قد تنشأ في درجات حرارة وكثافة عالية جدا، تقدر بمليار مرة أعلى مما نصل إليه في المختبرات.
في تلك الظروف الصعبة من ارتفاعل شديد لدرجة الحرارة والكثافة تتغير البناية المعهودة للمادة وتحيث تكون المكونات الرئيسية من نواة الذرة (وهي نوكليونات التي تتكون هي الأخرى من كواركات مترابطة) والإلكترونات تغيرا كبيرا. وبالنسبة إلى مادة الكوارك فمن الأسلم معالجة الكواركات كأنها أساس درجات حرية.
وفي نظرية النموذج العياري لفيزياء الجسيمات فإن أقو قوة هي التآثر القوي والتي توصف بنظرية الديناميكا اللونية الكمومية quantum chromodynamics. وعند درجات الحرارة العادية أو الكثافة العادية فإن تلك القوة تجمع الكواركات في جسيمات مركبة (الهادرونات) التي تبلغ مقاييسها نحو 10−15 متر = 1 فمتومتر = 1 fm (تعادل طاقة ΛQCD ≈ 200 مليون إلكترون فولت) ولا يظهر لها تآثير عند مسافات أكبر.
ولكن عندما ترتفع درجة الحرارة إلى حيز طاقة الميكانيكا اللونية الكمومية (T نحو 1012 كلفن,) أو ترتفع الكثافة إلى النقطة حيث تكون المسافة بين الكواركات أقل من 1 فيمتون (الجهد الكيميائي للكوارك يصل إلى 400 ميجا إلكترون فولت) فتنصهر الهادرونات إلى مكوناتها من الكواركات، ويصبح التآثر القوي هو القوة المغالبة في الفيزياء. تلك الأطوار تسمى مادة كوارك أو مادة ميكانيكا لونية كمومية.
وجودها
وجودها الطبيعي
عند نشأة الكون عندما كانت درجة الحرارة فائقة طبقا لنظرية الانفجار العظيم عندما كانت عمر الكون عدة ميكروثانية فقط، عندها اتخذ طور المادة هيئة طزر ساخن من مادة الكوارك تسمى بلازما كوارك جلوون.
الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية من النجوم الشديدة الكثافة. وتقل درجة حرارة النجم التيوتروني عن 1012 كلفن, ولكنه منضغط بفعل كتلته إلى كثافة قد تصل إلى كثافة مادة الكوارك في قلبه. وتتكون النجوم الفائقة الكثافة من مادة الكوارك إما كاملا أو جزئيا وتسمى نجم كواركات أو نجوم غريبة، وحتى الآن فلم يكتشف نجم له هذه الخواص.
غريبات وتلك هي بحسب الافتراض النظري كتل من مادة غريبة تحوي اعدادا متساوية من الكواركات العلوية والسفلية والكواركات الغريبة.
صدمات أشعة كونية. تحوي الأشعة الكونية أنوية ذرية ذات طاقة حركة عالية ومن ضمنها أنوية الحديد. وتوحي بعض القياسات المعملية أن تفاعلات مع غازات خاملة في طبقات الجو العليا قد ينتج عنها بلازما كوارك جلوون.
في التجارب المعملية
في تصادم الأيونات الثقيلة عند طاقات عالية تستطيع أنتاج حيوز قصيرة العمر تكون فيها الكثافة إلى قيم مقاربة لما حدث أثناء نشأة الكون عندما كان الكون عمره 20 ميكروثانية. وقد توصل الفيزيائيون إلى ذلك خلال تصادم الأيونات الثقيلة عند سرعات بالغة السرعة، وأول أعلان عن تكوين بلازما كوارك وجلوون في معجل سينكروترون بروتونات فائق الموجود في سيرن، وكان ذلك في فبراير 2000.[1].
وقد استمر اجراء تلك التجربة عند تسريع للبروتونات أكبر مثل لمصادم الأيونات الثقيلة فائقة السرعة RHIC التابع للمعمل الوطني بروكهافن في الولايات المتحدة الأمريكية ، كذلك في مصادم الهدرونات الكبير الموجود على الحدود السويسرية الفرنسية. وتوجد مؤشرات على نجاح إنتاج بلازما كوارك وجلوون في مصادم الأيونات الثقيلة فائقة السرعة.
تحديات تجريبية
من الصعب حاليا معرفة تطور الأطوار لمادة الكوارك بسبب عدم التوصل إلى توليف درجات الحرارة العالية والكثافة العالية للمادة في معمل يستخدم مصادم للأيونات الثقيلة فائقة السرعة إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء. ولكن تلك التصادمات هي التي ستعطينا المعلومات عن التحول من مادة الهدرونات إلى مادة الكوارك. ويفكر الفيزيائيون أن رصد النجوم فائقة الكثافة ربما تكون وسيلة للتوصل غلى مهرفة تلك الأحوال الفائقة الحرارة والكثافة. وتقدم نماذج تبريد تلك النجوم، وتغير عزمها المغزلي، ودوران محورها ذاته إمكانيات للحصول على معلومات عن خصائص تلك النجوم وما في باطنها. وبتطور الرصد الفلكي وتحسن طرق القياس يأمل الفيزيائيون في الحصول على معرفة على هذا السبيل.

نموذج الكوارك في الفيزياء
نموذج الكوارك في الفيزياء هو عبارة عن نظام لتصنيف هادرونات من حيث كوارك المكافئ— حيث يعطي الكوارك وضديده رقم كم للهادرون. ولتلك الأرقام الكمية أسماء تحدد بها الهادرونات، وهي من نمطين. مجموعة تأتي من تناظر بوانكاريه— JPC حيث J, P وC ترمز إلى الزخم الزاوي الإجمالي وتناظر التكافؤ وتناظر الشحنة على التوالي. والباقي هو نكهات أعداد الكم مثل لف نظائري والغرابة والسحر وهكذا. ويعتبر نموذج كوارك متابعة لنظام تصنيف طريق الثمان لفات.
تحدد الكواركات كلها رقم باريون ل1⁄3. فلدى الكوارك العلوي والساحر والقمة شحنة كهربائية تعادل +2⁄3، بينما الكوارك السفلي والغريب والقعري لديها شحنة كهربائية −1⁄3. أما ضديد الكواركات فلديها رقم كمي معاكس. ولدى الكوارك أيضا دوران مغزلي -1⁄2 من الجسيمات، ويعني بأنها فرميونات.
تتكون الميزونات من زوج كوارك مكافئ-ضديد كوارك (مما يعني أن لديها رقم باريون = 0)، بينما تتكون الباريونات من ثلاث كواركات (مما يعني أن رقم الباريون لديها= 1). ويناقش المقال هنا نموذج الكوارك لنكهات الكوارك العلوية والسفلية والغريبة. هناك تعميمات لأعداد أكبر من النكهات.

شكل 1: كمية عددية غير صحيحة تساعية لميزون، فيرى الأعضاء الثمانية باللون الأخضر، والمنفرد باللون الأرجواني. فاسم طريق الثمان لفات (بالإنجليزية: Eightfold Way) مستمدة من هذا التصنيف.
محتويات [أخف]
1 البداية
2 الميزونات
3 باريونات
4 أنظر أيضا
5 مصادر ووصلات خارجية
البداية
في ظل التطوير لنظام تصنيف الهادرونات أضحت هناك أسئلة ساخنة بعد كشف أساليب فنية تجريبية جديدة، فأصبح واضحا أن لا يمكن أن تكون جميعها أولية. فقد أدت تلك الاكتشافات إلى فولفغانغ باولي بأن يصرخ قائلا:" ماكنت أتوقع ذلك، وإلا كنت سأصبح عالم نبات" ولكن لويس ألفاريز الذي أخذ بها جائزة نوبل في فيزياء الجسيمات التجريبية كان في طليعة تلك التطورات. هناك العديد من المقترحات المبكرة ولكن لم تكن لها القدرة على الشرح الكامل لتلك المعطيات مثل مقترح سويجي ساكوتا. ثم أتت النسخ المطورة من مويونج هان ويويتشيرو نامبو التي أضحت أنه لايمكن الاعتماد عليها بعد ذلك. فتم تطوير صيغة جيلمان-نشيجيما على نحو تكوين جديد ومطور لنموذج الكوارك بين موري جيلمان وكازهيكو نشيجيما. ثم تلقى هذا النموذج دعم ومساهمة من يوفال نعمان وجورج سويج. فالذي تنبأ بهذا النموذج هو لف 3⁄2 باريون Ω⁻ وهو أحد الحالات البسيطة، واكتشفه جيلمان عن طريق تجربة في مختبر BNL واستحق جائزة نوبل على عمله هذا على تطوير نموذج الكوارك.
الميزونات
Crystal Clear app kdict.png طالع أيضًا: ميزون لائحة الميزونات
شكل 2: كمية عددية كاذبة لميزونات اللف 0 بشكل تساعي.

شكل 3: ميزونات اللف 1 بشكل تساعي
سمي تشكيل طريق الثمان لفات بعد الأمر التالي. إذا اخذنا 3 نكهات من الكواركات، ستكون الكواركات في التمثيل الأساسي، 3 (وتسمى ثلاثي) من نكهة SU3. ويكون ضديد الكوارك في التمثيل المعقد المقارن 3. وتصنع الحالات التسع (تساعي) من زوج يمكن أن يتحلل إلى التمثيل الكاذب 1 ويسمى المفرد، والتمثيل المشترك 8 (يسمى ثُماني). والترميز لهذا التحلل هو
\mathbf{3}\otimes \mathbf{\overline{3}} = \mathbf{8} \oplus \mathbf{1}.
فالشكل الأول يظهر تطبيق تحلل الميزونات. فإذا كان تناظر النكهة متكاملا، فستصبح كل الميزونات التسع متساوية الكتلة. ويشمل المحتوى المادي للنظرية مراعاة كسر التناظر الناتج من اختلاف كتل الكواركات وأيضا مراعاة الخلط بين التعدد المختلف (مثل الثُماني والمفرد). فالصدع ما بين η وη′ هو أكبر من استيعاب نموذج الكوارك.
الميزونات هي هادرونات لها صفر رقم باريون. فإن كان زوج الكوارك-ضديد الكوارك في حالة عزم زاوي مداري L ولهما لف مغزلي S، فإنه:
|L − S|‏ ≤ J ≤ L + S، حيث S =‏0 أو 1،
P =‏ (−1)L + 1، حيث 1 في الأس نشأ من جوهر التكافؤ لزوج الكوارك-ضديد الكوارك.
C =‏ (−1)L + S للميزونات التي ليس لها نكهة. أما الميزونات ذات النكهة فلها قيمة غير محددة لC
في اللف النظائري I = حالتي 1 و 0، أحدهما يمكنه تحديد رقم كمي مضاعف جديد ويسمى تكافؤ-G‏ مثل هذه G‏ = (−1)‏I + L + S.
إن كانت P =‏(−1)J فإنه يترتب على ذلك أن S =‏1، بالتالي PC =‏1. تسمى الحالات مع تلك الأرقام الكمية بحالات تكافؤ طبيعي، بينما تسمى حالات الأرقام الكم الأخرى بالشاذة (مثل حالة JPC = 0−−)

مصفوفة سي-كي-ام
في النموذج العياري لفيزياء الجسيمات ، مصفوفة كابيبو-كوباياشي-ماسكاوا أو مصفوفة سي-كي-ام (بالإنجليزية: CKM matrix) هي مصفوفة وحدوية تحدد معاملات المزج بين الكواركات عند التفاعل عبر التآثر الضعيف. قام كل من ماكوتو كوباياشي وتوشيهيده ماسكاوا بإستنباط هذه المصفوفة لثلاثة أجيال من الكواركات مضيفين جيلا إلى مصفوفة سابقة كان إقترحها من قبل نيكولا كابيبو. هذه المصفوفة هي امتدادا لآلية GIM، التي تضم اثنين فقط من العائلات الثلاث الحالية من الكواركات.
أسس المصفوفة
في سنة 1963، قدم نيكولا كابيبو زاوية كابيبو ( \theta_\mathrm{c} ) للحفاظ على كونية التآثر الضعيف[1] والتي إستوحاها من الأعمال السابقة لموري جيلمان وموريس ليفي. ترتبط زاوية كابيبو بالاحتمال النسبي لاضمحلالالذي والكوارك السفلي d والكوارك الغريب s إلى كوارك علوي u. وهو ما يمكن التعبير عنه بلغة فيزياء الجسيمات بتراكب الكواركات[2] من النوع السفلي :
d^\prime = V_{ud} d + V_{us} s,
أو باستخدام زاوية كابيبو:
d^\prime = \cos \theta_\mathrm{c} d + \sin \theta_\mathrm{c} s .
يمكن حساب زاوية كابيب وباستخدام القيم الحالية لـ |V_{ud}| و |V_{us}| :
\tan\theta_\mathrm{c}=\frac{|V_{us}|}{|V_{ud}|}=\frac{0.22534}{0.97427} \rarr \theta_\mathrm{c}= ~13.02^\circ.
عندما تم اكتشاف الكوارك الساحر c في عام 1974، لوحظ أن الكوارك السفلي d والكوارك الغريب s يمكن أن يضمحلا إما إلى كوارك علوي u أو كوارك ساحر c، مما يؤدي إلى مجموعتين من المعادلات:
d^\prime = V_{ud} d + V_{us} s ;
s^\prime = V_{cd} d + V_{cs} s,
أو باستخدام زاوية كابيبو:
d^\prime = \cos{\theta_\mathrm{c}} d + \sin{\theta_\mathrm{c}} s;
s^\prime = -\sin{\theta_\mathrm{c}} d + \cos{\theta_\mathrm{c}} s.
وهو ما يمكن كتابته على شكل مصفوفي على النحو التالي:

\begin{bmatrix} d^\prime \\ s^\prime \end{bmatrix} =
\begin{bmatrix} V_{ud} & V_{us} \\ V_{cd} & V_{cs}\\ \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} d \\ s \end{bmatrix},
حيث تمثل المعاملات |V_{ij}|^2 احتمال أن يضمحل كوارك من نكهة "i" إلى كوارك من نكهة "j". هذا المصفوفة تسمى مصفوفة كابيبو. و باستخدام زاوية كابيبو نحصل على صيغة مصفوفة دوران :
\begin{bmatrix} d^\prime \\ s^\prime \end{bmatrix} =
\begin{bmatrix} \cos{\theta_\mathrm{c}} & \sin{\theta_\mathrm{c}} \\ -\sin{\theta_\mathrm{c}} & \cos{\theta_\mathrm{c}}\\ \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} d \\ s \end{bmatrix},
لاحظ كل من كوباياشي وماسكاواأن انتهاك-CP لا يمكن تفسيره في نموذج من أربع كواركات فقط، فقاما بتعميم مصفوفة كابيبو إلى مصفوفة كابيبو-كوباياشي-ماسكاوا للإضمحلال الضعيف لثلاثة أجيال من الكواركات[3]:
\begin{bmatrix} d^\prime \\ s^\prime \\ b^\prime \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} V_{ud} & V_{us} & V_{ub} \\ V_{cd} & V_{cs} & V_{cb} \\ V_{td} & V_{ts} & V_{tb} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} d \\ s \\ b \end{bmatrix}.
أفضل تقدير حالي لعناصر مصفوفة CKM هو[4]:

\begin{bmatrix}
|V_{ud}| & |V_{us}| & |V_{ub}| \\
|V_{cd}| & |V_{cs}| & |V_{cb}| \\
|V_{td}| & |V_{ts}| & |V_{tb}|
\end{bmatrix} = \begin{bmatrix}
0.97427 \pm 0.00015 & 0.22534 \pm 0.00065 & 0.00351^{+0.00015}_{-0.00014} \\
0.22520 \pm 0.00065 & 0.97344 \pm 0.00016 & 0.0412^{+0.0011}_{-0.0005} \\
0.00867^{+0.00029}_{-0.00031} & 0.0404^{+0.0011}_{-0.0005} & 0.999146^{+0.000021}_{-0.000046}
\end{bmatrix}.

كوارك قعري
كوارك قعري (بالإنجليزية: Bottom quark) هو كوارك من الجيل الثالث وله شحنة −1⁄3 e. على الرغم من أن جميع الكواركات موصوفة بطريقة متشابهة بواسطة ديناميكا لونية كمومية، لكن الكوارك القعري له كتلة كبيرة (تقريبا 4,200 MeV/c2[3] أكبر من كتلة البروتون بأربع مرات)، بإتحادها مع عناصر مصفوفة CKM ذات القيم البسيطة Vub وVcb يعطيها إشارة مميزة يجعلها من السهولة نسبيا التعرف عليها تجريبيا (باستخدام تقنية تسمى "b-tagging"). بما أن خرق تناظرالشحنة السوية (بالإنجليزية: CP-violation) يحتاج إلى الأجيال الثلاث من الكوارك، فالميزونات التي تحتوي على كوارك قعري هي من أسهل الجسيمات التي تستخدم لفحص تلك الظاهرة؛ مثل هذه التجارب هي التي يجري القيام بها في مختبرات بابار وبيلي. الكوارك القعري مميز لأنه نتاج تحلل الكوارك القمي، وسيكون نتاج تحلل متكرر لبوزون هيغز الافتراضي إن كانت خفيفة بما فيه الكفاية.
أول من خمن بوجود الكوارك القعري كان الفيزيائيان ماكوتو كوباياشي وتوشيهيده ماساكاوا سنة 1973 وذلك لشرح خرق تناظرالشحنة السوية[1]، واكتشف سنة 1977 في مختبر فيرميلاب عن طريق فريق بقيادة ليون ليدرمان عندما أنتجت الاصطدامات مايسمى bottomonium[2][4][5]. وفي سنة 2008 نال كلا من كوباياشي وماساكاوا جائزة نوبل في الفيزياء لشرحهما خرق تناظرالشحنة السوية[6][7]. كانت هناك محاولات لتسمية كوارك القعر بكوارك الجمال beauty ولكن استخدام كلمة القعر أصبح هو السائد.
بإمكان كوارك القعر أن يتحلل -أو يتحول- إلى كوارك علوي أو الساحر خلال التآثر الضعيف. كلا التحللين يتم بواسطة مصفوفة CKM، جاعلا عمر معظم الجسيمات القعرية (~10−12 ث) أعلى قليلا من الجسيمات الساحرة (~10−13 ث) ولكن أقصر من الجسيمات الغريبة (من ~10−10 إلى ~10−8 ث).

الهادرونات المحتوية على كوارك قعري
Crystal Clear app kdict.png مقالات مفصلة: قائمة الباريونات قائمة الميزونات
هناك بعض الهادرونات التي تحتوي على كوارك قعري مثل:
ميزون B وتحتوي على كوارك قعري (أو ضديده) وكوارك علوي أو سفلي.
تحتوي ميزونات Bc وBs على كوارك قعري جنبا إلى جنب مع كوارك ساحر أو غريب على التوالي.
هناك العديد من حالات (bottomonium)، ومنها ميزون أبسيلون ϒ التي تحتوي على كوارك قعري وضديده.
لوحظ بوجود باريون قعري، وقد سمي بالقياس مع باريون غريب (مثلا Λ⁰b).

كوارك غريب
كوارك غريب (بالإنجليزية: Strange quark) (وقد كان يطلق عليه بعض الأحيان بالسابق اسم كوارك الجانبي)[1] هو الجيل الثاني من الكوارك له شحنة أولية 3/1− وبغرابة (بالإنجليزية: strangeness) تعادل 1 −. وهو ثالث أخف كوارك بعد الكوارك العلوي والسفلي، وبكتلة ظاهرة تكون ما بين 70 إلى 130 MeV/c2. وهو جزء من الجيل الثاني للمادة، ولديه شحنة كهربائية تعادل -1⁄3 e. كما هو الحال في جميع الكواركات فإن الكوارك الغريب يعتبر فرميون أولي له لف مغزلي -1⁄2 وتفاعله مع جميع قوى الترابط الأربع: كهرومغناطيسية، جاذبية، قوي، وضعيف. ويسمى ضديده باسم ضديد الكوارك الغريب أو كوارك غريب مضاد أو ضديد الغريب، فهو يعادله بالحجم ومعاكس له بالرمز.
أول جسيم غريب (جسيم يحتوي على كوارك مكافئ غريب) تم اكتشافه سنة 1947 عندما تم التعرف على كاون، لكن الكوارك الغريب نفسه لم يتم التعرف عليه إلا سنة 1964 بواسطة فرضية موري جيلمان وجورج سويج لشرح نماذج الهادرونات وقد أطلق عليها طريق الثمان لفات، نسبة إلى الثمان لفات للسعادة القصوى في البوذية[2]. تمت ملاحظة الكوارك الغريب لأول مرة سنة 1968 في مركز SLAC.

هادرونات تحتوي على كواركات مكافئ غريب
فيما يلي الهادرونات المحتوية على كواركات مكافئ غريب:
كاونات وهي ميزونات تحتوي على كوارك غريب (أو جسيمها المضاد وكوارك علوي وسفلي)
ميزونات إيتا η وη′ عديمة النكهة وهي مزيج خطي لأزواج متعددة من الكوارك-ضديد الكوارك، بالإضافة إلى الغريب-ضديدالغريب
ميزونات فاي φ عديمة النكهة، وهي ميزونات غريب-مضاد غريب نقية.
يعرف الباريون الغريب باسم هايبرونات، فجسيمات سيجما (Σ) ولمبدا (Λ) لديها كوارك غريب واحد. ولدى زي (Ξ) اثنان وأوميغا (Ω) لديها ثلاث كواركات غريبة.

البداية
بداية فيزياء الجسيمات (في النصف الأول من القرن العشرين)، على الرغم من أن الهادرونات مثل البروتونات والنيوترونات والبيون هي جسيمات أولية، لكن تم اكتشاف هادرونات جديدة فأصبحت من الكثرة أشبه بحديقة حيوان الجسيمات، فبعدما كانت عدة هدرونات في الثلاثينات والأربعينات صارت عدة عشرات في الخمسينات. ولوحظ أن بعض الجسيمات تعيش عمرا أطول بكثير من غيرها؛ فمعظم الجسيمات تتحلل خلال تآثر قوي ولديها فترة عمرية تقدر بحوالي 10−23 ثانية. ولكن عندما يتحللون خلال تآثر ضعيف فإن عمرهم الافتراضي يكون 10−10 ثانية للتحلل. فعندما درس ذلك التحلل كلا من موري جيل مان (سنة 1953)[3][4] وكازوهيكو نيشيجيما (سنة 1955)[5] فقد طورا نظرية الغرابة (وقد أسماها نيشيجيما بشحنة إيتا (بالإنجليزية: eta-charge)) من ميزون إيتا (η)) والتي شرحت الغرابة للجسيمات الأطول عمرا. صيغة جيلمان-نيشيجيما هي نتاج الجهود لفهم تحلل الغريب.
كانت العلاقات بين كل الجزئيات والأساس المادي خلف خاصية الغرابة غير واضحة حتى سنة 1961 عندما افترض كلا من موري جيلمان[6] ويوفال نعمان[7] كلا على حدة نموذج للتركيب الدقيق للهادرونات وسمي طريق الثمان لفات، أو بالمصطلح العلمي تناظر النكهة.
هذا النموذج للتركيب رتب الهادرونات حسب تعدد اللف النظائري، ولكن تبقى الأسس الفيزيائية التي وراء ذلك غير واضحة المعالم. وفي سنة 1964 اقترح كلا من جيلمان[8] وجورج سويج[9][10] (كلا على حدة) مايسمى بنموذج الكوارك، وتحتوي على كواركات علوية وسفلية وغريبة[11]. مع أن نموذج الكوارك قد شرح طريق الثمان لفات، لكن لايوجد دليل مباشر على وجود الكواركات حتى تم اكتشافها سنة 1968 في مختبر SLAC[12][13]. تجربة النثر غير المرن العميق (بالإنجليزية: Deep inelastic scattering) أشارت إلى أن البروتون له بنية داخلية فرعية، وهذا البروتون مكون من ثلاث جسيمات أساسية تشرح البيانات (وهذا يشرح نموذج الكوارك)[14].
أحجم الناس عن التعرف على الثلاث أجسام ككواركات، مفضلين وصف ريتشارد فاينمان للبروتون وكان ذلك في بداية الأمر[15][16][17]، ثم مالبث أن بدأ القبول بنظرية الكوارك

كوارك علوي
كوارك علوي (بالإنجليزية: up quark) ورمزه (u)، أخف الكواركات وزنا، وهو جسيم أولي وأحد المكونات الرئيسية للمادة. وتشكل مع الكوارك السفلي جسيم النيوترون (واحد كوارك علوي وإثنان كوارك سفلي) والبروتون (اثنان كوارك علوي وواحد كوارك سفلي) وهما نواة الذرة. وهو جزء من الجيل الأول للمادة، ولديه شحنة كهربائية تعادل +2⁄3 e وكتلة ظاهرة 1.5–3.3 MeV/c2. كما هو الحال في جميع الكواركات فإن الكوارك العلوي يعتبر فرميون أولي له لف مغزلي -1⁄2 وتفاعله مع جميع قوى الترابط الأربع: كهرومغناطيسية, جاذبية, قوي, وضعيف. ويسمى ضديده باسم ضديد الكوارك العلوي أو كوارك علوي مضاد أو ضديد العلوي، فهو يعادله بالحجم ومعاكس له بالرمز.
كان ظهورها سنة 1964 بواسطة فرضية موري جيلمان وجورج سويج لشرح نماذج الهادرونات وقد أطلق عليها طريق الثمان لفات، نسبة إلى الثمان لفات للسعادة القصوى في البوذية[2]. تمت ملاحظة الكوارك العلوي لأول مرة سنة 1968 في مركز SLAC.

البداية
بداية فيزياء الجسيمات (في النصف الأول من القرن العشرين)، على الرغم من أن الهادرونات مثل البروتونات والنيوترونات البيون هي جسيمات أولية، لكن تم اكتشاف هادرونات جديدة فأصبحت من الكثرة أشبه بحديقة حيوان الجسيمات، فبعدما كانت عدة هدرونات في الثلاثينات والأربعينات صارت عدة عشرات في الخمسينات، وكانت الروابط فيما بينها غير واضحة حتى سنة 1961 عندما افترض كلا من موري جيلمان[3] ويوفال نعمان[4] كلا على حدة نموذج للتركيب الدقيق للهادرونات وسمي طريق الثمان لفات، أو بالمصطلح العلمي تناظر النكهة.
هذا النموذج للتركيب رتب الهادرونات حسب تعدد اللف النظائري، ولكن تبقى الأسس الفيزيائية التي وراء ذلك غير واضحة المعالم. وفي سنة 1964 اقترح كلا من جيلمان[5] وجورج سويج[6][7] (كلا على حدة) مايسمى بنموذج الكوارك، وتحتوي على كواركات علوية وسفلية وغريبة[8]. مع أن نموذج الكوارك قد شرح طريق الثمان لفات، لكن لايوجد دليل مباشر على وجود الكواركات حتى تم اكتشافها سنة 1968 في مختبر SLAC[9][10]. تجربة النثر غير المرن العميق (بالإنجليزية: Deep inelastic scattering) أشارت إلى أن البروتون له بنية داخلية فرعية، وهذا البروتون مكون من ثلاث جسيمات أساسية تشرح البيانات (وهذا يشرح نموذج الكوارك)[11].
أحجم الناس عن التعرف على الثلاث أجسام ككواركات، مفضلين تسمية ريتشارد فاينمان لها بالبارتون وكان ذلك في بداية الأمر[12][13][14]، ثم مالبث أن بدأ القبول بنظرية الكوارك[15].

الكتلة
على الرغم من كونها معروفة جدا، إلا أنه لم يتم التعرف على الكتلة الظاهرة للكوارك العلوي بشكل جيد بعد، لكنه تقديريا يقع ما بين 1.5 و3.3 MeV/c2. فعند وجودها في الميزونات (وهي جسيمات تتكون من كوارك واحد وضديد كوارك واحد) أو الباريونات (وهي جسيمات تتكون من ثلاث كواركات)، فإن الكتلة المؤثرة للكوارك ستصبح أعظم بسبب طاقة الربط المتسببة من مجال الغلوون بين الكواركات (أنظر أيضا إلى تكافؤ المادة والطاقة). فعلى سبيل المثال، تكون الكتلة المؤثرة للكوارك العلوي في البروتون حوالي 330 MeV/c2. لأن الكتلة الظاهرة له تكون خفيفة جدا، فلا يمكن حسابه بشكل مباشر لأنه يجب أن يؤخذ بالحسبان الآثار النسبية.

كوارك سفلي
كوارك سفلي (بالإنجليزية: Down quark) ورمزه (d)، ثاني أخف الكواركات وزنا، وهو جسيم أولي وأحد المكونات الرئيسية للمادة. وتشكل مع الكوارك العلوي جسيم النيوترون (واحد كوارك علوي وإثنان كوارك سفلي) والبروتون (اثنان كوارك علوي وواحد كوارك سفلي) وهما نواة الذرة. وهو جزء من الجيل الأول للمادة، ولديه شحنة كهربائية تعادل -1⁄3 e وكتلة ظاهرة 3.5–6.0 MeV/c2. كما هو الحال في جميع الكواركات فإن الكوارك السفلي يعتبر فرميون أولي له لف مغزلي -1⁄2 وتفاعله مع جميع قوى الترابط الأربع: كهرومغناطيسية, جاذبية, قوي, وضعيف. ويسمى ضديده باسم ضديد الكوارك السفلي أو كوارك سفلي مضاد أو ضديد السفلي، فهو يعادله بالحجم ومعاكس له بالرمز.
كان ظهورها سنة 1964 بواسطة فرضية موري جيلمان وجورج سويج لشرح نماذج الهادرونات وقد أطلق عليها طريق الثمان لفات، نسبة إلى الثمان لفات للسعادة القصوى في البوذية[2]. تمت ملاحظة الكوارك السفلي لأول مرة سنة 1968 في مركز SLAC.

البداية
بداية فيزياء الجسيمات (في النصف الأول من القرن العشرين)، على الرغم من أن الهادرونات مثل البروتونات والنيوترونات البيون هي جسيمات أولية، لكن تم اكتشاف هادرونات جديدة فأصبحت من الكثرة أشبه بحديقة حيوان الجسيمات، فبعدما كانت عدة هدرونات في الثلاثينات والأربعينات صارت عدة عشرات في الخمسينات، وكانت الروابط فيما بينها غير واضحة حتى سنة 1961 عندما افترض كلا من موري جيلمان[3] ويوفال نعمان[4] كلا على حدة نموذج للتركيب الدقيق للهادرونات وسمي طريق الثمان لفات، أو بالمصطلح العلمي تناظر النكهة.
هذا النموذج للتركيب رتب الهادرونات حسب تعدد اللف النظائري، ولكن تبقى الأسس الفيزيائية التي وراء ذلك غير واضحة المعالم. وفي سنة 1964 اقترح كلا من جيلمان[5] وجورج سويج[6][7] (كلا على حدة) مايسمى بنموذج الكوارك، وتحتوي على كواركات علوية وسفلية وغريبة[8]. مع أن نموذج الكوارك قد شرح طريق الثمان لفات، لكن لايوجد دليل مباشر على وجود الكواركات حتى تم اكتشافها سنة 1968 في مختبر SLAC[9][10]. تجربة النثر غير المرن العميق (بالإنجليزية: Deep inelastic scattering) أشارت إلى أن البروتون له بنية داخلية فرعية، وهذا البروتون مكون من ثلاث جسيمات أساسية تشرح البيانات (وهذا يشرح نموذج الكوارك)[11].
أحجم الناس عن التعرف على الثلاث أجسام ككواركات، مفضلين وصف ريتشارد فاينمان للبروتون وكان ذلك في بداية الأمر[12][13][14]، ثم مالبث أن بدأ القبول بنظرية الكوارك[15].

الكتلة
على الرغم من كونها معروفة جدا، إلا أنه لم يتم التعرف على الكتلة الظاهرة للكوارك السفلي بشكل جيد بعد، لكنه تقديريا يقع ما بين 3.5 و6.5 MeV/c2. فعند وجودها في الميزونات (وهي جسيمات تتكون من كوارك واحد وضديد كوارك واحد) أو الباريونات (وهي جسيمات تتكون من ثلاث كواركات)، فإن الكتلة المؤثرة للكوارك ستصبح أعظم بسبب طاقة الربط المتسببة من مجال الغلوون بين الكواركات (أنظر أيضا إلى تكافؤ المادة والطاقة). فعلى سبيل المثال، تكون الكتلة المؤثرة للكوارك السفلي في البروتون حوالي 330 MeV/c2. لأن الكتلة الظاهرة له تكون خفيفة جدا، فلا يمكن حسابه بشكل مباشر لأنه يجب أن يؤخذ بالحسبان الآثار النسبية.