ダウンクォーク（記号：d）は素粒子の一種であり、物質の主要構成要素です。ダウンクォークはすべてのクォークの中で2番目に軽く、他のクォークと結合してハドロンと呼ばれる複合粒子を形成します。ダウンクォークは原子核に最も多く存在し、アップクォークと結合して陽子と中性子を形成します。陽子は1つのダウンクォークと2つのアップクォークで構成され、中性子は2つのダウンクォークと1つのアップクォークで構成されています。ダウンクォークは既知のすべての原子に存在するため、私たちが日常的に触れるあらゆる物質に存在します。

ダウンクォークは第一世代の物質の一部であり、電荷は− ⁠1/3⁠  eと裸の塊4.7+0.5
−0.3 MeV/ c 2。 [1]すべてのクォークと同様に、ダウンクォークはスピンを持つ基本的なフェルミオンである⁠ 1/2⁠ であり、4つの基本的な相互作用、すなわち重力、電磁気、弱い相互作用、そして強い相互作用をすべて経験します。ダウンクォークの反粒子はダウン反クォーク（反ダウンクォーク、あるいは単に反ダウンと呼ばれることもあります）であり、ダウンクォークと異なるのは、いくつかの特性の大きさが等しく、符号が反対であるという点のみです。

ダウンクォークの存在は（アップクォークとストレンジクォークと共に）1964年にマレー・ゲルマンとジョージ・ツヴァイクによって提唱され、ハドロンの八正則分類法を説明するために用いられました。ダウンクォークは1968年にスタンフォード線形加速器センターの実験によって初めて観測されました。

歴史

マレー・ゲルマン
ジョージ・ツヴァイク

素粒子物理学の黎明期（20世紀前半）には、陽子、中性子、パイ中間子などのハドロンが素粒子と考えられていました。しかし、新たなハドロンが発見されるにつれて、「粒子動物園」は1930年代初頭から1940年代には数個だった粒子から、1950年代には数十個にまで拡大しました。それぞれの粒子間の関係は、1961年にマレー・ゲルマン[2]とユヴァル・ネーマン[3]が（それぞれ独立に）八重法、より専門用語で言えばSU(3)フレーバー対称性と呼ばれるハドロン分類法を提唱するまで、不明瞭でした。

この分類法はハドロンをアイソスピン多重項に体系化したが、その背後にある物理的根拠はまだ不明であった。1964年、ゲルマン[4]とジョージ・ツヴァイク[5] [6]は（それぞれ独立に）クォーク模型を提唱したが、当時はアップクォーク、ダウンクォーク、ストレンジクォークのみで構成されていた。[7]しかし、クォーク模型は八正道を説明したものの、クォークの存在を直接示す証拠は1968年にスタンフォード線形加速器センターで発見されるまで見つからなかった。[8] [9] 深非弾性散乱実験は陽子に部分構造があり、陽子が3つのより基本的な粒子で構成されていることでデータが説明できることを示した（したがってクォーク模型が確認された）。[10]

当初、人々は三体をクォークと同定することに消極的で、リチャード・ファインマンのパートン記述を好んでいたが[11] [12] [13]、時が経つにつれてクォーク理論が受け入れられるようになった（11月革命を参照）。[14]

質量

ダウンクォークは非常に一般的であるにもかかわらず、その裸の質量はよく分かっていないが、おそらく4.5および5.3  MeV/ c 2である。[15] 格子QCD計算ではより正確な値が得られる。4.79 ± 0.16  MeV/ c 2 . [16]

中間子（1つのクォークと1つの反クォークからなる粒子）または重粒子（3つのクォークからなる粒子）に見られる場合、クォーク間のグルーオン場によって生じる結合エネルギーにより、クォークの「有効質量」（または「ドレスド」質量）は大きくなります（質量エネルギー等価性を参照）。例えば、陽子中のダウンクォークの有効質量は約300  MeV/ c 2。ダウンクォークの裸の質量は非常に小さいため、相対論的効果を考慮する必要があり、単純に計算することはできません。

参考文献

  1. ^ ab M. Tanabashi et al. (Particle Data Group) (2018). "Review of Particle Physics". Physical Review D. 98 ( 3): 1– 708. Bibcode :2018PhRvD..98c0001T. doi : 10.1103/PhysRevD.98.030001 . hdl : 10044/1/68623 . PMID  10020536.
  2. ^ M. Gell-Mann (2000) [1964]. 「八正道：強い相互作用対称性の理論」M. Gell-Mann、Y. Ne'eman (編) 『八正道』ウェストビュー・プレス11頁ISBN  978-0-7382-0299-0。
    原著：M. Gell-Mann (1961). 「八重の道：強い相互作用の対称性の理論」.シンクロトロン研究所報告書 CTSL-20 .カリフォルニア工科大学.
  3. ^ Y. Ne'eman (2000) [1964]. 「ゲージ不変性からの強い相互作用の導出」M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (編) 『八正道』ウェストビュー・プレスISBN  978-0-7382-0299-0。
    原著Y. Ne'eman (1961). 「ゲージ不変性からの強い相互作用の導出」.核物理学. 26 (2): 222– 229. Bibcode :1961NucPh..26..222N. doi :10.1016/0029-5582(61)90134-1.
  4. ^ M. Gell-Mann (1964). 「バリオンとメソンの模式図」. Physics Letters . 8 (3): 214– 215. Bibcode :1964PhL.....8..214G. doi :10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  5. ^ G. Zweig (1964). 「強い相互作用対称性とその破れのためのSU(3)モデル」CERNレポートNo.8181/Th 8419 .
  6. ^ G. Zweig (1964). 「強い相互作用対称性とその破れのためのSU(3)模型: II」. CERNレポート No.8419/Th 8412 .
  7. ^ B. Carithers, P. Grannis (1995). 「トップクォークの発見」(PDF) . Beam Line . 25 (3): 4– 16. 2008年9月23日閲覧。
  8. ^ ED Bloom; et al. (1969). 「6°および10°における高エネルギー非弾性e–p散乱」. Physical Review Letters . 23 (16): 930– 934. Bibcode :1969PhRvL..23..930B. doi : 10.1103/PhysRevLett.23.930 .
  9. ^ M. Breidenbach; et al. (1969). 「高度に非弾性な電子–陽子散乱の観測された挙動」(PDF) . Physical Review Letters . 23 (16): 935– 939. Bibcode :1969PhRvL..23..935B. doi :10.1103/PhysRevLett.23.935. OSTI  1444731. S2CID  2575595.
  10. ^ JI Friedman. 「ノーベル賞への道」.フエ大学. 2008年12月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年9月29日閲覧。
  11. ^ RP Feynman (1969). 「ハドロンの超高エネルギー衝突」(PDF) . Physical Review Letters . 23 (24): 1415– 1417. Bibcode :1969PhRvL..23.1415F. doi :10.1103/PhysRevLett.23.1415.
  12. ^ S. Kretzer; H. Lai; F. Olness; W. Tung (2004). 「重いクォーク質量効果を伴うCTEQ6パートン分布」. Physical Review D. 69 ( 11) 114005. arXiv : hep-ph/0307022 . Bibcode :2004PhRvD..69k4005K. doi :10.1103/PhysRevD.69.114005. S2CID  119379329.
  13. ^ DJグリフィス (1987). 『素粒子入門』ジョン・ワイリー・アンド・サンズ42ページ. ISBN  978-0-471-60386-3。
  14. ^ ME Peskin, DV Schroeder (1995). 『量子場の理論入門』Addison–Wesley , p. 556. ISBN  978-0-201-50397-5。
  15. ^ J. Beringer; et al. ( Particle Data Group ) (2013). 「PDGLive 粒子サマリー『クォーク（u, d, s, c, b, t, b′, t′, 自由）』」(PDF) . Particle Data Group . 2013年7月23日閲覧。
  16. ^ Cho, Adrian (2010年4月). 「共通クォークの質量がついに解明」. Science Magazine. 2012年3月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。

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