Downquark (neerwaartse quark): Definitie, lading en rol in nucleonen
Downquark (neerwaartse quark): duidelijke uitleg van lading (-1/3), spin en rol in protonen en neutronen. Leer snel over eigenschappen en antideeltjes.
Down quarks (soms geschreven als een "d", in het Nederlands vaak "neerwaartse quark" genoemd) zijn elementaire deeltjes die samen grotere deeltjes vormen, zoals protonen en neutronen. Down quarks dragen een elektrische lading van −1/3 (in eenheden van de elementaire lading e). Omdat neerwaartse quarks tot de fermionen behoren, hebben ze een spin van 1/2 en volgen ze het Pauli-uitsluitingsprincipe: twee identieke fermionen kunnen niet gelijktijdig dezelfde kwantumtoestand innemen.
Belangrijkste eigenschappen
- Lading: −1/3 e (lading).
- Spin: 1/2 (spin), dus fermion.
- Massa: de zogenoemde current-quark-massa van de down quark is klein, van order 4–5 MeV/c² (afhankelijk van de gebruikte schaal en methode); in gebonden toestanden (constituent-massa) draagt een quark typisch veel meer bij, van order ~300 MeV/c².
- Kleur: quarks hebben een kleur-lading (drie kleuren: rood, groen, blauw) en wisselwerken via gluonen — dit is de sterke wisselwerking (kwantumchromodynamica, QCD).
- Baryongetal: +1/3 (waardoor drie quarks samen een baryon met baryongetal 1 vormen).
- Flavour: de down quark is de op een na lichtste quark; de lichtste is de up quark.
Rol in nucleonen en andere hadronen
Down quarks zijn essentieel voor de samenstelling van nucleonen: een proton bestaat uit twee up-quarks en één down-quark (uud), terwijl een neutron uit één up-quark en twee down-quarks (udd) bestaat. De verschillen in samenstelling verklaren mede de verschillende elektrische lading en andere eigenschappen van protonen en neutronen.
Naast baryonen (drie-quark toestanden) vormen down quarks ook mesonen door te koppelen aan antiquarks. Voorbeelden zijn de geladen pions: π− is bijvoorbeeld samengesteld uit een down quark en een anti-up quark (dū), terwijl π+ uit u\bar{d} bestaat.
Interactie en observatie
Quarks, inclusief down quarks, voelen de sterke wisselwerking en zijn daarom opgesloten in hadronen — vrije quarks worden in de natuur niet aangetroffen (confinement). Hun aanwezigheid en eigenschappen worden indirect gemeten via experimenten zoals deep inelastic scattering, botsingen in deeltjesversnellers en de studie van jets en hadronisatieprocessen.
Down quarks kunnen ook veranderen van type (flavour) via de zwakke wisselwerking. Een bekend voorbeeld is bèta-radioactief verval: in neutronbèta-verval verandert een down quark in een up quark onder uitzending van een W−-boson, wat resulteert in de transformatie van een neutron (udd) naar een proton (uud) plus een elektron en een antineutrino.
Antideeltje en creatie/vernietiging
Het antideeltje van een neerwaartse quark is de neerwaartse antiquark, vaak aangeduid als \u201cantidown\u201d of \bar{d}. Een antidown heeft dezelfde massa en spin als de down quark maar tegengestelde elektrische en kleurgerelateerde ladingen (dus elektrische lading +1/3 e). Quark-antiquark-paren kunnen in hoge-energieprocessen worden gecreëerd en annihileren weer wanneer ze samenkomen.
Historische en experimentele noten
De concepten van quark-flavors zoals up en down en hun rol in de structuur van hadronen ontstonden in de 1960s als onderdeel van het quarkmodel. Sindsdien bevestigden talrijke experimenten in deeltjesfysica (bijvoorbeeld in acceleratoren en via scattering-experimenten) het bestaan en de eigenschappen van quarks, hoewel directe isolatie vanwege confinering niet mogelijk is.
Samengevat: down quarks zijn fundamentele bouwstenen van materie met lading −1/3 e en spin 1/2, ze dragen bij aan de massa en eigenschappen van nucleonen en spelen een centrale rol in processen zoals bèta-verval en de samenstelling van mesonen en baryonen.
Twee neerwaartse quarks (d) en één opwaarts quark (u) vormen een neutron
Vragen en antwoorden
V: Wat zijn down quarks?
A: Down quarks zijn heel kleine deeltjes die helpen bij de samenstelling van veel grotere deeltjes, zoals protonen en neutronen.
V: Wat is de lading van quarks?
A: De lading van down quarks is -1/3.
V: Wat is de spin van quarks?
Antwoord: Down quarks zijn fermionen en hebben een spin van 1/2.
V: Hoe verhouden down quarks zich tot up quarks wat betreft hun gewicht?
A: Down-quarks zijn het op één na lichtste quark en up-quarks zijn het lichtst.
V: Wat is het antideeltje van een neerwaartse quark?
A: Het antideeltje van een neer quark is een neer antiquark, of gewoon een antidown.
V: Kunnen er twee Down-quarks tegelijkertijd in dezelfde ruimte bestaan?
A: Nee, omlaag quarks zijn fermionen, wat betekent dat er geen twee van hen tegelijkertijd in dezelfde ruimte kunnen bestaan.
V: Wat is het symbool voor neerwaartse quarks?
A: Down quarks worden soms geschreven als een "d".
Zoek in de encyclopedie