Podivné kvarky sú tretie najľahšie kvarky, čo sú subatomárne častice, ktoré sú také malé, že sa predpokladá, že sa nedajú rozdeliť. Podivné (angl. strange, skrátene s) kvarky patria medzi šesť „flavórov“ kvarkov a majú elektrický náboj −1/3 elementárneho náboja, podobne ako kvarky dolu, aj ostatné sú fermóny so spinom 1/2. Kvarky majú aj baryonové číslo 1/3 a niesú pozorovateľné samostatne kvôli farbovej confinement (farebnému viazaniu) – vždy sa vyskytujú zviazané v hadrónoch.
Hmotnosť a kvantové číslo podivnosti
Podivný kvark je podstatne ťažší než up a down kvarky; jeho aktuálna „bežná“ (current) hmotnosť je rádu desiatok až stovák MeV (porovnateľne niekoľkonásobne až niekoľkodesiatkrát väčšia ako hmotnosť down kvarku). Jednou z dôležitých vlastností je kvantové číslo nazývané podivnosť (strangeness). Konvencia je taká, že samotný s kvark má podivnosť S = −1, zatiaľ čo antikvark s̄ má S = +1. Podivnosť je veličina, ktorá je zachovaná pri silnej sile a elektromagnetizme, ale môže sa meniť pri slabej sile.
Prečo „podivnosť“ spôsobuje dlhší život častíc
Častice obsahujúce podivné kvarky sa často vyznačujú podstatne dlhším časom života, než by sa očakávalo pri rozpade sprostredkovanom silnou interakciou. Dôvodom je to, že aby sa pri silnom alebo elektromagnetickom rozpade zmenilo kvantové číslo podivnosti, toto číslo by muselo byť porušené — čo silné a elektromagnetické sily nerobia. Preto sa takéto častice najčastejšie rozpadajú až cez slabú silu, ktorá dokáže zmeniť podivnosť, a preto majú ich rozpady typické časy rady približne 10^−10 až 10^−8 sekundy. Pre porovnanie, rozpady sprostredkované silnou interakciou prebiehajú typicky za ~10^−23 s, teda omnoho rýchlejšie.
Príklady hadrónov so s kvarkom
Podivné kvarky sa nachádzajú v rôznych hadrónoch, napríklad v mezónoch známych ako kaóny (K) a v baryónoch typu hyperóny (napríklad Λ, Σ, Ξ). Práve štúdiom týchto častíc vedci objavili potrebu zaviesť nové kvantové číslo — podivnosť — pretože mnohé z týchto častíc sa pri objave rozpadali oveľa pomalšie, než by naznačovala ich hmotnosť a priemerné rýchlosti silných dejov.
Historický význam a ďaľšie dôsledky
Objavenie „podivných“ častíc v 40. a 50. rokoch 20. storočia a vysvetlenie ich dlhších životov pomocou kvantového čísla podivnosti bolo kľúčové pre vývoj teórie hadrónov. Koncept podivnosti a neskôr quarkový model (navrhnutý Murrayom Gell-Mannom a Georgom Zweigom v roku 1964) bol rozhodujúci pre pochopenie vnútornej štruktúry hadrónov. Systém troch ľahkých kvarkov (up, down, strange) tvorí základnú SU(3) „flavor“ symetriu, ktorej porušenie vysvetľuje rozdiely v spektre častíc.
Moderné aplikácie a zaujímavosti
Štúdium podivných kvarkov dnes ovplyvňuje viaceré oblasti fyziky: neutralné kaóny sú dôležité pri skúmaní miešania a porušenia CP symetrie; hyperóny a kaóny sú testovacím políčkom pre modely silnej interakcie (kvantová chromodynamika); v extrémnych podmienkach (v jadre neutronových hviezd alebo v zrážkach ťažkých iónov) sa uvažuje o existencii formy hmoty obsahujúcej veľké množstvo s kvarkov – tzv. „strange quark matter“ alebo „strange stars“. Výskum podivných kvarkov tak naďalej prispieva k pochopeniu základných síl a štruktúry hmoty.
