Kvark c, často nazývaný také charm, je jedním ze šesti druhů kvarků v současném standardním modelu částic. Patří do druhé generace fermionů a nese elektrický náboj +2/3 elementárního náboje, podobně jako kvark up. Kvark c má spin 1/2 a nese barvu silné interakce, takže se v přírodě nevyskytuje izolovaně, ale vázán v hadronech. Pro více obecných informací o kvarkách viz kvarky a o elementárních částicích elementární částice.

Hlavní vlastnosti

Charakteristické rysy charmového kvarku lze shrnout takto:

  • Elektrický náboj: +2/3 e, stejný jako u kvarku up.
  • Spin: 1/2, tedy jde o fermion.
  • Generace: druhá (spolu se strange a muonovým/s-tp. partnery v leptonech).
  • Konfinement: kvark c se nikdy nepozoruje sám, ale pouze jako součást mezonů a barionů.

Hadrony obsahující charm

Charmové kvarky tvoří specializovanou skupinu částic známých jako charmované hadrony. Mezi nejznámější příklady patří:

  • D mezony (např. D0, D+), které obsahují jeden charmový kvark a jeden lehčí kvark.
  • Charmonium, tedy párové stavy c& c̄, z nichž nejslavnějším je J/ψ mezon.
  • Charmované baryony, např. Λc, obsahující jeden charmový kvark a dva lehčí kvarky.

O odkazu na typické částice se často dozvíte v textu o částicích vytvořených v urychlovačích částic.

Objev a historický význam

Objev J/ψ mezonu v roce 1974 spustil tzv. listopadovou revoluci ve fyzice částic. Nezávislé týmy vedené Samuelem Tingem a Burtonem Richterem oznámily nález úzkého rezonance, kterému se později říkalo J/ψ. Tento objev poskytl přesvědčivý důkaz existence nového kvarku a významně podpořil kvarkový model. Více o urychlovačích a experimentech viz urychlovače částic a o historickém kontextu rozbijení atomů v experimentech atomy.

Produkce, rozpad a role v teorii

Charm se produkuje při srážkách vysokoenergetických částic, například v urychlovačích nebo v kosmickém záření, kde vysoké energie umožní vznik párů c&c̄. Vázané charmované hadrony následně rozpadají především slabou interakcí, což vede k měřitelným koncovým produktům a relativně krátkým životnostem. Kvarku c byla přisouzena důležitá úloha i v teorii: jeho zavedení do modelu vysvětlilo některé pozorované potlačené přechody mezi kvarkovými příchutěmi (GIM mechanism) a učinilo teoretickou strukturu konzistentnější.

Proč je charm důležitý pro fyziku

  1. Studium charmových stavů slouží jako citlivý test kvantové chromodynamiky (QCD) v přechodové oblasti mezi relativně lehkými a těžkými kvarky.
  2. Charmované hadrony jsou využívány v experimentech k měření parametrů standardního modelu a k hledání odchylek, které by mohly naznačit novou fyziku.
  3. Rozsáhlá spektra rezonancí poskytují podrobný pohled na silné vazby mezi kvarky.

Rozdíly a zajímavosti

Na rozdíl od lehkých kvarků (up, down) je charmový kvark těžší — jeho hmotnost je řádově v jednotkách GeV/c2, což mu dává specifické chování při formování vazeb. Přestože je méně běžný v běžné hmotě, je snadno pozorovatelný v experimentech vysokých energií díky charakteristickým signálům svých rozpadů. Kvark c tedy představuje důležitý most mezi studiem lehkých a velmi těžkých kvarků (bottom, top).

Charm je také příkladem toho, jak objev jedné částice může změnit chápání celé teorie: nález J/ψ potvrdil kvarkový model a podpořil rozvoj standardního modelu částic. Další informace o fermionech viz fermiony a o porovnání s kvarkem up viz kvarky up. Pro širší čtení o náboji viz elektrický náboj a o měření spojených s pozorováním těchto částic viz urychlovače částic a experimentální práce na částicích s charmem.