kvarkfält

Kvarkfältet är det kvantfält som beskriver kvarkar inom kvantfältteorin. Kvarkar är fundamentala fermioner med spin 1/2 och bär färgladd färg. Fältet består av komponenter för varje kombination av smak och färg (t.ex. up, down, charm, strange, top och bottom; röd, grön och blå). Vid kvantisering ger fältet upphov till kvarkpartiklar och deras antipartiklar som excitations.

I kvantkromodynamik (QCD) står kvarkfältet i en färg SU(3) gauge-invarians och interagerar via gluonfältet. Denna interaktion beskrivs av Lagrangianen som innehåller kvarkernas kinetiska term, massor och deras koppling till gluonfältet genom covariant derivata, samt Yukawa-kopplingar till Higgsfältet som ger massor. Denna struktur ger stark interaktion och färgkonfinement.

Färgkonfinement gör att kvarkar aldrig ses ensamma utan endast i färginvarrande composite objekt som baryoner (tre kvarkar) och mesoner (kvark-antikvark). Vid mycket hög energi uppträder kvarkar som nästan fria partiklar, en egenskap känd som asymptotisk frihet inom QCD.

Kvarkarna tillhör sex smaker: up, down, charm, strange, top och bottom. De har olika massor och interagerar också genom svaga och elektromagnetiska krafter. Svag interaktion blandar kvarkar via CKM-matrisen, vilket förklarar bland annat vissa beta-sönderfall och CP-violation i hadroner. Massor tilldelas av Higgsfältet genom Yukawa-kopplingar.

Historik och användning: Kvarker och kvarkfält introducerades i mitten av 1960-talet av Murray Gell-Mann och George Zweig. Idag används kvarkfältet i teoretiska beräkningar inom QCD, i lattice QCD-simuleringar och i tolkningen av hadronspektra och partondistributionsfunktioner i partikelkollisioner.