Il colore dei quark

Si dice che u e d sono "sapori" diversi dei quark. Oltre al sapore, i quark hanno un’altra proprietà, ancora più importante, che è chiamata "colore", introdotta nel 1965 da O.W.Greenberg, M.Y.Han, Yoichiro Nambu.
Infatti i quark, essendo particelle con spin semintero, devono soddisfare il principio di esclusione di Pauli, ovvero non possono esistere due quark con gli stessi numeri quantici. Ma sappiamo, ad esempio, che il barione W ^- ha una composizione in quark pari a tre unità s che si trovano nello stesso stato di energia e di spin.

Per risolvere questa apparente incoerenza fu appunto assegnato ai quark un numero quantico supplementare, chiamato colore, infatti, con l’introduzione del colore si è giunti a verificare che il principio di esclusione veniva rispettato se tutti i quark avevano colori differenti. Benché non abbia alcun rapporto con i colori reali, infatti il termine "colore" rappresenta una sorta di metafora. Ci sono tre colori, chiamati R (red, rosso), G (green, verde), B (blue, blu), dai tre colori primari della luce in una teoria semplice della visione umana dei colori, e tre corrispondenti cariche di colore complementari (anti-colore). La ricetta per la formazione di un protone o di un neutrone consiste nel prevedere un quark di ciascun colore, uno rosso, uno verde e uno blu, in modo da avere mediamente un colore nullo. Poiché nella visione il bianco può essere considerato un misto di rosso, verde e blu, si può dire, per analogia, che il protone e il neutrone sono "bianchi".

Inoltre per la formazione degli adroni si deve tenere conto delle seguenti regole:

- ogni barione deve contenere un quark di diverso colore;

- ogni mesone deve essere formato da una miscela realizzata da un colore di un quark con l’anticolore di un antiquark.

Sebbene il concetto di colore nel modello a quark fosse originariamente concepito per soddisfare il principio di esclusione, esso tuttavia spiegava anche certi risultati sperimentali. Per esempio, la teoria modificata, predice la corretta via del mesone p ⁰ . La teoria sul modo con cui i quark interagiscono tra loro si chiama cromodinamica quantistica o QCD in corrispondenza del nome elettrodinamica quantistica (la teoria dell’interazione fra cariche elettriche). Nella teoria QCD si dice che il quark trasporti una carica di colore, in analogia con la carica elettrica. La forza tra quark è spesso chiamata forza di colore. La forza di colore fra quark è analoga alla forza elettrica tra cariche; colori uguali si respingono e colori opposti si attraggono. I quark con colori diversi si attraggono pure l’un l’altro, ma con minore intensità di quella dei colori opposti tra quark e antiquark.

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