Номер 1, страница 364 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. Что такое кварк?

Кварк — это фундаментальная, бесструктурная частица, являющаяся одним из основных «строительных блоков» материи согласно Стандартной модели физики элементарных частиц. Кварки объединяются, образуя составные частицы, называемые адронами. Самыми известными адронами являются протоны и нейтроны, из которых состоят атомные ядра.

Кварки обладают рядом уникальных свойств:

Типы (ароматы) и поколения. Существует шесть типов, или «ароматов», кварков. Они группируются в три поколения. Первое поколение включает верхний (up, u) и нижний (down, d) кварки. Именно из них состоит стабильная материя: протон имеет состав (uud), а нейтрон — (udd). Второе поколение — очарованный (charm, c) и странный (strange, s) кварки. Третье поколение — истинный (top, t) и прелестный (bottom, b) кварки. Кварки второго и третьего поколений намного массивнее и нестабильны, они быстро распадаются на кварки первого поколения.

Дробный электрический заряд. В отличие от всех известных свободно существующих частиц, кварки имеют дробный электрический заряд, кратный $1/3$ от элементарного заряда $e$. Так, u, c, t-кварки имеют заряд $+2/3e$, а d, s, b-кварки — заряд $-1/3e$. Поскольку адроны состоят из кварков, их суммарный заряд всегда получается целым (или нулевым). Например, заряд протона (uud) равен $(+2/3 + 2/3 - 1/3)e = +1e$.

Цветовой заряд. Кварки участвуют в сильном взаимодействии, которое связывает их вместе. «Зарядом» этого взаимодействия является свойство, условно названное «цветом». Существует три цвета (красный, зелёный, синий) и три соответствующих антицвета. Частицы, состоящие из кварков (адроны), всегда являются «бесцветными» или «белыми». Это достигается либо комбинацией трех кварков трех разных цветов (в барионах, как протон), либо комбинацией кварка и антикварка с парой цвет-антицвет (в мезонах).

Конфайнмент (удержание). Это одно из самых важных и необычных свойств кварков. Они никогда не наблюдаются поодиночке, в свободном состоянии. Сильное взаимодействие, которое их связывает, обладает особенностью: чем дальше кварки пытаются удалить друг от друга, тем сильнее становится сила притяжения между ними. Поэтому для разделения кварков потребовалась бы бесконечная энергия. Вместо этого, приложенная энергия идет на рождение новых пар кварк-антикварк, которые тут же образуют новые адроны.

Спин. Кварки являются фермионами, то есть частицами с полуцелым спином, равным $1/2$.

Ответ: Кварк — это фундаментальная элементарная частица, которая является составной частью адронов (например, протонов и нейтронов). Основные характеристики кварка — это наличие дробного электрического заряда, участие в сильном взаимодействии через так называемый «цветовой заряд», и тот факт, что кварки не могут существовать в свободном виде (явление конфайнмента).