Mengenal Partikel Elementer (bagian 2) : Quark

Sebagaimana dijelaskan bahwa pada bagian pertama, bahwa atom terdiri dari inti atom yang dikelilingi oleh satu atau beberapa elektron. Dari penelitian ternyata bahwa inti atom pun disusun oleh partikel penyusun inti yang disebut nukleon. Nukleon ada dua macam yaitu proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan neutral atau tak bermuatan..
Perkembangan selanjutnya menunjukkan bahwa sebuah proton dan sebuah neutron disusun oleh 3 buah 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.

Quark (dibaca kwɔː(r)k), sebagaimana dijelaskan dalam model baku pada fisika partikel, bersama-sama dengan lepton dipercaya sebagai partikel elementer yang membentuk materi. Kombinasi beberapa quark membentuk jenis partikel yang disebut hadron, di alam terdapat dua macam hadron yaitu meson dan baryon.

Partikel berjenis meson terdiri dari dua buah quark, partikel berjenis baryon terdiri dari tiga jenis quark dan baru-baru ini ditemukan adalah pentaquark yang terdiri dari lima buah quark. Partikel-partikel seperti proton dan neutron termasuk ke dalam jenis baryon, sedangkan elektron bukan tersusun atas quark melainkan sudah merupakan sebuah partikel elementer yang termasuk dalam jenis lepton.

Terdapat enam jenis quark yang berbeda yang dibedakan berdasarkan “rasa“-nya, yaitu up, down, charm, strange, top dan bottom. Antipartikel quark disebut antiquark. Dalam teori kromodinamika kuantum masing-masing quark (up, down, charm, strange, top dan bottom) memiliki tiga buah “warna” yaitu merah, biru dan hijau, di mana sebuah partikel hanya bisa dibentuk oleh paduan “warna” netral.

Quark Up

Quark up adalah quark generasi pertama dengan muatan +(2/3)e. Adalah yang paling ringan dari seluruh quark, dengan massa polos antara 1,5 dan 4 MeV. Menurut Model Standard fisika partikel, dua quark stabil ini adalah isi fundamental dari nukleon; proton mengandung dua quark up dan sebuah quark down, sedangkan neutron mengandung satu quark up dan dua quark down. Catat bahwa mayoritas massa dalam nukleon berasal dari energi dalam medan gluon mengikat quark bersama-sama, dan bukan massa quark itu sendiri).

Quark up ditemukan ketika Gell-Mann dan Zweig mengembangkan model quark pada tahun 11964, dan bukti pertama untuk penemuan mereka ditemukan dalam eksperimen hamburan tak elastik di SLAC pada tahun 1967.

Quark down

Quark down adalah quark generasi pertama dengan muatan -(1/3)e. Ini adalah quark paling ringan kedua dari seluruh quark, dengan massa polos antara 4 dan 8 MeV. Menurut Model Standard fisika partikel, dua quark stabil ini adalah penyusun fundamental dari nukleon; proton mengandung satu quark down dan dua quark up, sedangkan neutron mengandung dua quark down dan satu quark up.

(Catat bahwa sebagian besar massa nukleon berasal dari energi dalam medan gluon yang mengikat quark bersama-sama, dan bukan massa quark itu sendiri.)

Quark down dditemukan ketika Gell-Mann dan Zweig mengembangkan model quark pada tahun 1964, dan bukti pertama untuk mereka ditemukan dalam eksperimen hamburan tak elastik di SLAC pada tahun 1967.

Quark Charm

Quark pesona adalah quark generasi kedua dengan muatan +(2/3)e . Ini adalah quark paling masif ketiga pada 1,3 GeV (sebuah bit lebih dari massa proton). Ini diprediksi pada tahun 11970 oleh Sheldon Glashow, John Iliopoulos, dan Luciano Maiani, dan pertama-tama diamati pada tahun 11974, dengan penemuan partikel pesona J/? di SLAC oleh grup yang dipimpin oleh pemenang Nobel dan fisikawan Amerika Burton Richer.

Quark Stange

Quark aneh adalah sebuah quark generasi kedua dengan sebuah muatan -(1/3)e dan keanehan -1. Ini adalah quark paling ringan kecuali untuk quark up dan down, dengan sebuah massa antara 80 dan 130 MeV. Partikel aneh pertama (partikel yang mengandung sebuah quark aneh) ditemukan pada tahun 1947, dengan identifikasi kaon, tetapi quark aneh itu sendiri tidaklah diidentifikasi hingga Gell-Mann dan Zweig mengembangkan model quark pada tahun 1964.

Quark Top

Quark top adalah quark generasi ketiga dengan muatan +(2/3)e. Meskipun seluruh quark dideskripsikan dalam cara serupa dengan teori Kromodinamika Kuantum, quark top benar-benar paling masif: sebagaimana tahun 2005 massa quark top diukur sekitar 173 GeV (secara dekat seberat inti emas).

Dikarenakan hal ini, ia meluruh begitu cepat sehingga ia tidak hadronize (menawarkan kesempatan jarang untuk mempelajari quark “polos”); jadi tanda eksperimental dari quark top adalah tanda partikel ia hampir selalu meluruh menjadi: quark bottom dan sebuah boson W.

Telah disarankan bahwa massa besar tak diharapkan adalah indikator sumpersimetri.

Quark top ditemukan pada tahun 1995 di Fermilab, dimana pemercepat Tevatron menyisakan hanya energetik pemercepat partikel yang cukup untuk menghasilkan quark top.

Pada penemuannya, suatu usaha yang gagah berani dibuat oleh banyak fisikawan partikel untuk menamainya “Kebenaran (truth)”, berpasangan dengan “Cantik (beauty)”. Lisensi puisi memberi jalan pragmatis, dan quark dinamai Top (puncak) dan bottom.

Quark top adalah generasi ketiga quark tipe up dengan muatan +(2/3)e. Ia ditemukan pada tahun 1995 oleh eksperimen CDF dan D0 di Fermilab, dan sejauh ini dikenal sebagai partikel elementer yang paling masif. Massanya terukur sekarang ini pada 174.2±3.3 GeV, sedekat berat inti emas.

Quark top berinteraksi utamanya dengan interaksi kuat namun hanya dapat meluruh melalui gaya lemah. Ia hampir secara eklusif meluruh menjadi W boson dan quark bottom. Model Standar memprediksi waktu hidupnya secara kasar 1×10-25 detik; ini sekitar 20 kali lebih pendek dibanding skala waktu untuk interaksi kuat, dan oleh karenanya ia tidaklah hadronize, memberi fisikawan kesempatan unik untuk mempelajari quark “polos”.

Sejarah

Dalam tahun-tahun yang mengarah ke penemuan quark top, disadari bahwa pengukuran presisi tertentu dari massa boson vektor elektrolemah dan kopling sangat sensitif terhadap nilai massa quark top.

Efek-efek ini menjadi jauh lebih besar untuk nilai tinggi massa quark top dan oleh karena itu dapat secara tak langsung melihat quark top bahkan jika ia tak dapat secara langsung dihasilkan dalam sembarang percobaan pada saat itu.

Efek yang paling besar dari massa quark top adalah pada parameter T dan pada tahun 1994 presisi dari pengukuran tak langsung ini membawa pada prediksi massa quark top menjadi antara 145 GeV dan 185 GeV. Ini adalah perhitungan presisi yang membawa Gerardus ‘t Hooft dan Martinus Veltman memenangkan Hadiah Nobel Fisika tahun 1999.

Quark top ditemukan pada tahun 1995 di Fermilab, yang mana pemercepat Tevatron menyisakan hanya pemercepat partikel energetik cukup untuk menghasilkan quark top (hingga LHC dan CERN tiba pada tahun 2008).

Produksi dan Peluruhan

Mulai dari tahun 2007, Tevatron Fermilab adalah hanya tempat di dunia dimana quark top dapat dihasilkan. Tevatron adalah kompleks pemercepat yang mana menumbukkan proton dan anti proton pada pusat energi momentum 1.96 TeV. Terdapat dua proses produksi utama:

•Produksi pasangan melalui interaksi kuat. Proses ini pertama kali diamati secara serempak oleh dua kolaborasi eksperimental pada Fermilab, CDF dan D0 pada tahun 1995. •Produksi tunggal melalui interkasi lemah. Mulai Desember 2006, kejadian tiga-sigma telah diamati untuk proses produksi ini oleh Kolaborasi D0 di Fermilab.

Massa Quark Top dan Hubungannya dengan Boson Higgs

Model Standar mendeskripsikan massa fermion melalui mekanisme Higgs. Boson Higgs memiliki kopling Yukawa terhadap quark top sisi kiri dan kanan. Setelah perusakan simetri elektrolemah (ketika Higgs memperoleh nilai ekspektasi vakum), campuran komponen sisi kiri dan kanan, menjadi suku massa. Kopling Yukawa quark top memiliki nilai, dimana adalah nilai dari nilai ekspektasi vakum Higgs

Quark Bottom

Quark bottom adalah quark generasi ketiga dengan muatan –(1/3)e. Meskipun seluruh quark dideskripsikan dalam cara serupa oleh teori Kromodinamika Kuantum, massa besar quark bottom (sekitar 4 GeV, atau empat kali massa proton) memberinya tanda berbeda yang membuatnya relatif mudah untuk mengidentifikasi secara eksperimental (sebuah teknik yang disebut B-tagging).

Karena tiga generasi quark diperlukan untuk pelanggaran CP, meson mengandung quark bottom adalah partikel paling mudah untuk digunakan menyelidiki fenomena; hal ini dilakukan pada eksperimen BaBar dan Belle.

Quark bottom juga terkemuka karena ia adalah hasil dalam hampir seluruh peluruhan quark top, dan hasil peluruhan yang sering untuk Boson Higgs hipotesis jika ia cukup ringan. Quark bottom ditemukan di Fermilab pada tahun 1977.

Leave a Reply

Your email address will not be published.