Kuark

Quark
Sebuah proton, tersusun atas 2 up quark dan satu down quark (Pewarnaan Muatan warna pada tiap quark tidak begitu penting, hanya ketiga warna tersebut diwakilkan.)
Komposisi:	Partikel dasar
Generasi:	Ke-1, ke-2, ke-3
Interaksi:	Elektromagnetik, Gravitasi, Interaksi Kuat, Interaksi Lemah
Simbol:	q
Antipartikel:	Antiquark (q)
Penggagas:	Murray Gell-Mann (1964) George Zweig (1964)
Penemu:	SLAC (~1968)
Tipe:	6 (up, down, strange, charm, bottom, and top)
Muatan listrik:	+⅔ e, −⅓ e
Spin:	½
Angka Baryon:	⅓

Kuark atau quark (dibaca/ 'kwɔː(r)k/ /ˈkwɑrk/), sebagaimana dijelaskan dalam model standar pada fisika partikel, gabungan antar Quark membentuk partikel komposit bernama Hadron. Partikel Hadron yang paling stabil berupa Proton & Neutron yang merupakan komponen pembentuk inti atom.^[1] Quark tidak pernah diteliti atau ditemukan secara langsung secara isolasi. Quark hanya ditemukan di dalam Hadron, seperti Barion, dan Meson.^[2][3]

Terdapat 6 jenis quark, yaitu Up, Down, Strange, Charms, Bottoms dan Top.^[4] Up dan Down memiliki massa yang terlemah.

Di antara keenam jenis quark, quark terberat berubah jenis menjadi quark up dan down melalui proses peluruhan partikel, transformasi quark terberat menjadi quark teringan. Karena inilah quark up maupun quark down merupakan jenis quark terstabil di antara keenam jenis quark dan yang paling umum dijumpai di alam. Sedangkan quark Strange, Charms, Bottoms dan Top hanya dapat ditemukan atau dihasilkan di high energy collision (tumbukan berenergi tinggi, seperti Sinar kosmik dan di partikel akselerator/LHC). Hanya quark-lah yang memenuhi keempat interaksi fundamental, dikenal juga sebagai gaya fundamental (elektromagnetik, gravitasi, interaksi kuat, dan interaksi lemah). Dan untuk setiap jenis quark terdapat jenis lawannya yaitu antiquark.

Model kuark secara independen diajukan oleh fisikawan bernama Murray Gell-Mann dan George Zweig pada tahun 1964.^[5] Quark diperkenalkan sebagai bagian dari skema penyusunan hadron dan terdapat sedikit bukti keberadaan fisik mereka sampai dilakukannya eksperimen hamburan inelastis di Stanford Linear Accelerator Center pada tahun 1968.^[6][7] Percobaan Accelerator telah memberikan bukti untuk semua enam rasa. Top quark adalah kuark yang terakhir yang ditemukan di Fermilab pada tahun 1995.^[5]

Nilai muatan listrik quark ialah ¹⁄₃ atau ²⁄₃ tergantung jenis dari quark itu sendiri. Quark Up, Charms, dan Top memiliki nilai muatan listirik +²⁄₃. Sedangkan Down, Strange dan Bottom memiliki nilai muatan −¹⁄₃. Antiquark memiliki nilai muatan listrik yang belawanan dengan quark. Tipe Up antiquark −⅔ dan tipe Down antiquark +⅓. Karena muatan listrik dari Hadron adalah jumlah muatan dari quark konstituen, semua hadron memiliki muatan bilangan bulat: kombinasi dari tiga quark (baryon), tiga antiquark (antibaryon), atau quark-antiquark (meson) selalu dihasilkan muatan bilangan bulat.^[8] Contohnya, konstituen hadron dari inti atom, neutron, dan proton, masing-masing memiliki muatan 0 dan +1: neutron tersusun atas 2 kuark turun dan 1 kuark naik, dan proton dari 2 kuark naik dan 1 kuark turun.

Pengukuran arah spin dari quark berupa +¹⁄₂ ( ↑ ) dan −¹⁄₂ ( ↓ ).^[9]

Spin dapat diwakili oleh vektor yang panjangnya diukur dalam satuan konstanta Planck tereduksi ħ (cara baca:h bar). Untuk kuark, pengukuran komponen vektor Spin sepanjang sumbu apapun hanya dapat menghasilkan nilai-nilai +ħ/2 atau −ħ/2; untuk alasan ini quark diklasifikasikan sebagai partikel spin-½.^[10] Komponen spin sepanjang sumbu yang diberikan - oleh konvensi sumbu z - sering dilambangkan dengan panah keatas ↑ untuk nilai +½ dan panah kebawah ↓ untuk nilai −½, ditempatkan setelah simbol untuk rasa. Sebagai contoh, kuark atas dengan spin +½ sepanjang sumbu z dilambangkan dengan u↑.^[11]

Suatu jenis quark dapat berubah menjadi jenis quark lainnya hanya dapat terjadi melalui interaksi lemah, yang merupakan salah satu dari Gaya Fundamental di fisika partikel. Dengan menyerap atau memancarkan Boson W, setiap jenis Up-quark (up, charms, dan top) dapat berubah bentuk menjadi jenis Down-quark (down, strange, dan bottom). Mekanisme perubahan jenis quark ini menghasilkan Peluruhan beta yang beradioaktif, neutron (n) yang berubah menjadi proton (p), elektron (e`), dan elektron anti neutrino (Ve). Kejadian ini terjadi ketika salah satu down quark di dalam neutron (udd) meluruh menjadi Up quark dengan memancarkan virtual W` boson, mengubah neutron menjadi proton (uud). W bosson meluruh menjadi elektron dan elektron antineutrino.

Peluruhan beta maupun proses sebaliknya sering dilakukan dibidang aplikasi medis seperti tomografi emisi positron (positron emission tomography/PET) dan penelitian deteksi neutrino.

Sementara proses transformasi rasa adalah sama untuk semua kuark, setiap kuark memiliki preferensi untuk berubah menjadi quark generasi mereka sendiri. Kecenderungan relatif dari semua transformasi rasa dijelaskan oleh tabel matematika, atau disebut matriks Cabibbo–Kobayashi–Maskawa (matriks CKM).Penegakan unitariti, besaran perkiraan entri dari matriks CKM adalah: K. Nakamura; et al. (2010). "Review of Particles Physics: The CKM Quark-Mixing Matrix" (PDF). J. Phys. G. 37 (75021): 150. Pemeliharaan CS1: Penggunaan et al. yang eksplisit (link) </ref>

${\displaystyle {\begin{bmatrix}|V_{\mathrm {ud} }|&|V_{\mathrm {us} }|&|V_{\mathrm {ub} }|\\|V_{\mathrm {cd} }|&|V_{\mathrm {cs} }|&|V_{\mathrm {cb} }|\\|V_{\mathrm {td} }|&|V_{\mathrm {ts} }|&|V_{\mathrm {tb} }|\end{bmatrix}}\approx {\begin{bmatrix}0.974&0.225&0.003\\0.225&0.973&0.041\\0.009&0.040&0.999\end{bmatrix}},}$

di mana V_ij merupakan tendensi dari jenis quark untuk berubah menjadi jenis quark j (atau sebaliknya).

Terdapat sebuah matriks interaksi lemah setara untuk lepton (sisi kanan W boson di atas beta diagram peluruhan), disebut matriks Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata (matriks PMNS).^[12] Bersama-sama,matriks CKM dan PMNS menjelaskan semua perubahan jenis/tipe quark, namun hubungan di antara keduanya masih belum jelas.^[13]

2 istilah yang sering digunakan untuk mengacu massa quark: massa quark yang berlangsung (current quark mass) saat ini mengacu pada masa quark itu sendiri. Sedangkan massa quark konstituen mengacu pada massa quark saat ini dan massa dari partikel gluon (medan partikel gluon) yang mengelilingi quark.^[14] Massa ini biasanya memiliki nilai yang berbeda-beda. Sementara gluon tidak memiliki massa inheren, gluon memiliki energi-khususnya kromodinamika kuantum yang mengikat energi (QCBE)- jadi inilah yang mempengaruhi massa keseluruhan hadron (lihat juga massa dalam relativitas khusus). Sebagai contoh, proton memiliki massa sekitar 938 MeV/c², di mana massa sisa tiga valensi quark yang hanya menyumbang sekitar 11 MeV/c²; banyak sisanya yang dapat dikaitkan dengan gluon QCBE.^[15]

Model Standar berpendapat bahwa massa partikel elementer mereka berasal dari mekanisme Higgs, yang terkait dengan Higgs boson. Fisikawan berharap bahwa penelitian lebih lanjut dapat memberikan jawaban untuk massa top kuark yang besar ini ~173 GeV/c², yang memiliki massa yang hampir sebesar atom emas,^[16] akan mengungkapkan lebih lanjut tentang asal usul massa quark dan partikel dasar lainnya.^[17]

Model kuark pertama kali diajukan oleh fisikawan Murray Gell-Mann^[18] dan George Zweig ^[19][20] pada tahun 1964.^[5] (Fisikawan lainnya Yuval Ne'eman juga mengembangkan skema serupa dengan jalur unsur delapan pada tahun yang sama.^[21][22]( Lihat juga ^[23]) Pada saat awal teori kuark ini, partikel liar (atau Particel zoo) juga diikutkan, termasuk partikel lainnya. Gell-mann dan Zweig mengemukakan bahwa mereka bukanlah partikel dasar, melainkan terdiri dari pasangan kuark-antikuark. Model mereka teridiri dari tiga jenis/rasa naik (up), turun (down), asing (strange), properti mereka seperti spin dan muatan listrik.^[18][19][20] Reaksi awal dari komunitas fisika dari proposal ini beragam. Ada anggapan khusus tentang apakah quark adalah entitas fisik atau abstrak yang digunakan untuk menjelaskan konsep yang pada saat itu belum sepenuhnya dimengerti.^[24]

Kurang dari setahun, ekstensi untuk model Gell-Mann-Zweig diusulkan. Sheldon Lee Glashow dan James Bjorken memprediksi eksistensi kuark jenis keempat, yang mereka namakan Charm. Penambahan itu juga diajukan karena hal tersebut memungkinkan untuk penjelasan yang lebih baik dari interaksi lemah (mekanisme yang menyebabkan kuark untuk meluruh), menjumlahkan jumlah nilai kuark dengan nilai dari lepton, dan terkandung massa formula yang dengan tepat massa meson yang diketahui.^[25]

Pada tahun 1968, dalam eksperimen hamburan inelastis di Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) menunjukan bahwa proton mengandung benda yang lebih kecil, benda seperti titik dan bukan berupa partikel dasar.^[6][7][26] Fisikawan enggan untuk mengidentifikasi benda-benda ini dengan quark pada saat itu, bukannya menyebut mereka "parton"—istilah yang diciptakan oleh Richard Feynman.^[27][28][29] Benda-benda yang diamati di SLAC kemudian akan diidentifikasi sebagai kuark naik dan kuark turn sebagai rasa lain yang ditemukan.^[30] Namun,"parton" tetap digunakan sebagai istilah kolektif untuk konstituen dari hadron (quark, antiquark, dan gluon).

Keberadaan quark asing itu secara tidak langsung divalidasi oleh eksperimen hamburan SLAC: tidak hanya hal itu merupakan komponen penting dari Gell-Mann dan model tiga-quark Zweig, tetapi juga memberikan penjelasan untuk kaon (K) dan pion (π) hadron yang ditemukan di sinar kosmik pada tahun 1947.^[31]

Dalam sebuah makalah pada tahun 1970, Glashow, John Iliopoulos dan Luciano Maiani disajikan penalaran lebih lanjut untuk keberadaan quark pesona yang belum ditemukan.^[32][33] Jumlah rasa quark berkembang menjadi enam rasa saat ini pada tahun 1973, ketika Makoto Kobayashi dan Toshihide Maskawa mencatat bahwa pengamatan eksperimental CP yang dilanggar.^[34] bisa dijelaskan jika ada sepasang quark.

Quark pesona diproduksi hampir bersamaan oleh dua tim pada bulan November 1974 (lihat Revolusi November)—satu di SLAC di bawah pimpinan Burton Richter, dan satunya di Brookhaven National Laboratory di bawah pimpinan Samuel Ting. Quark pesona yang diamati terikat dengan antiquark pesona di meson. Keduanya telah ditetapkan meson dengan dua simbol yang berbeda, J dan ψ; dengan demikian, resmi dikenal sebagai meson J/ψ meson. Penemuan ini akhirnya meyakinkan komunitas fisika untuk memvaliditas model quark itu.^[29]

Dalam tahun-tahun berikutnya berbagai saran muncul untuk memperluas model kuark menjadi 6 tipe kuark. Dari jumlah tersebut,Haim Harari^[35] adalah orang pertama yang merujuk pada istilah atas dan bawah untuk tambahan jenis kuark.^{[36] [36]}

Tahun 1977, kuark bawah diorbservasi oleh tim dari Fermilab yang dipimpin oleh Leon Lederman.^[37][38] Hasil dari penemuan ini merupakan bukti kuat akan eksistensi kuark atas (tanpa kuark atas kuark bawah tidak akan memiliki pasangan untuk berikatan). Bagaimanapun, hal ini tidak terjadi sampai adanya penemuan kuark atas pada 1995, yang juga ditemukan oleh tim CDF^[39] dan tim DØ^[40] di Fermilab. Kuark atas ini memiliki massa jauh lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya,^[41] hampir setara dengan massa satu atom emas.^[42]

• Gaya fundamental
• Gluon
• Kromodinamika kuantum
• Model standar

• Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4. 
• Povh, Bogdan (1995). Particles and Nuclei: An Introduction to the Physical Concepts. Springer-Verlag. ISBN 0-387-59439-6. 

• Particle Data Group on quarks
• A schematic model of baryons and mesons, by Murray Gell-Mann (1964)
• Observation of the top quark at Fermilab
• NanoReisen-A very educational site on Quarks and many other things beyond the nanoscale.
• Standard Model of Particle Physics Diarsipkan 2012-06-16 di Wayback Machine.
• Quarks
• Quark dance
• A Positron Named Priscilla — A description of CERN’s experiment to count the families of quarks
• The original English word quark and its adaptation to particle physics
• An elementary popular introduction Diarsipkan 2008-11-18 di Wayback Machine.