概要
アップクォーク (Up quark) とは、フェルミ粒子に分類される素粒子の1つであり、クォークの1種でもある。標準模型においてチャームクォークとトップクォークと共にアップ型クォークに分類される。レプトンと同じく三世代構造を形成し、ダウンクォークと共に第1世代に分類される。アップクォークはダウンクォーク及び電子と共に原子を構成する身近な存在の素粒子である。
| 名称 | アップクォーク |
|---|---|
| 記号 | u |
| 組成 | 素粒子 |
| 粒子統計 | フェルミ粒子 |
| グループ / 世代 | アップ型クォーク / 第1世代 |
| 電磁相互作用 | 作用する |
| 弱い相互作用 | 作用する |
| 強い相互作用 | 作用する |
| 重力相互作用 | 作用する |
| 質量 | 2.2 (+0.6/-0.4) MeV/c^2 (2.01(14) MeV/c^2) |
| 湯川結合 | 0.000016(7) |
| 平均寿命 | 安定 |
| スピン | 1/2 |
| フレーバー量子数 | アイソスピン: +1/2 |
| 電荷 | +2/3e |
| 色荷 | 3種類 |
| 超電荷 | +1/3 |
| 弱アイソスピン | LH: +1/2 / RH: 0 |
| 弱超電荷 | LH: +1/3 / RH: +4/3 |
| X荷 | LH: +1 / RH: -1 |
| B - L | +1/3 |
| パリティ | +1 |
| 反粒子 | 反アップクォーク (u―) |
| 超対称性粒子 | スアップスクォーク (u~) |
| 理論化 / 発見 | 1964年 / 1968年 |
歴史
- クォーク全体の歴史はクォーク(素粒子)を参照
アップクォークは、マレー・ゲルマンとジョージ・ツワイクが1964年に発表したクォークモデルによって、ダウンクォークとストレンジクォークその存在が予言された。1950年代の物理学の発展では、非常に多くの粒子が発見された為、「粒子の動物園」と揶揄される状況に陥っていた。これらの粒子は更なる基本粒子によって構成されているという考えが生じ、その中で提唱されたのがクォークモデルである。1968年になり、陽子の内部に非常に小さな点粒子が存在する事で、アップクォークの存在は初めて証明された。
アップクォークの名称は、意図的にダウンクォークとの対関係になるように名付けられている。これは他のクォークもそうであり、同じ世代のクォークは対の名称となる関係になっている。
性質
アップクォークはスピン1/2のフェルミ粒子であり、電荷は+2/3eである。電荷で細分化されたクォークのグループの内アップ型クォークに属し、その代表名となっている。アップクォークは3種類の色荷を有し、グルーオンをやり取りして強い相互作用によって電磁相互作用に逆らって他のクォークと結びついている。アップクォークは他のクォーク及びグルーオンと同じく、カラーの閉じ込めの制約により単独で取り出す事が不可能である。
アップクォークはダウンクォーク及び電子と共に非常に身近な素粒子である。アップクォーク2個とダウンクォーク1個で陽子となり、アップクォーク1個とダウンクォーク2個で中性子となる。これらのバリオンは電子と結合する事で原子となる。例えば1個の軽水素原子は、細分化すれば2個のアップクォーク、1個のダウンクォーク、1個の電子で構成されている事になる。
アップクォークは全てのクォークの中で最も軽い質量を持ち、電子の4倍、ダウンクォークの2分の1、トップクォークの約8万分の1しかない。最も軽いクォークの為、実際に観測実験がされた事はないが、崩壊する事はなく安定であると考えられている。仮に崩壊すれば、それはバリオン数保存則に違反する。ただし、その静止質量には、良く知られた素粒子の割に大きな推定幅がある。2.2MeV/c^2を中心に、下限は1.8MeV/c^2、上限は3.0MeV/c^2となっている。推定体重50kgの人が、下限は41kg、上限は68kgと言うくらいには大幅な誤差がある。理論計算では2.01±0.14MeV/c^2ともう少し幅は小さくなる。これは、アップクォークがカラーの閉じ込めにより単独で取り出せず、かつ複合粒子の形では質量に影響を及ぼすエネルギーの値が大きすぎる為である。実際、陽子の中にあるアップクォークは、平均して光速の99.995%で運動しており、その結果質量が100倍ほど増大していると推定されている。逆に言えば、アップクォーク自身の質量が陽子に及ぼす質量の影響はわずか1%でしかない事になる。
