Az alapvető, oszthatatlan részecskék fogalma a ókori görögök (az atomizmus néven ismert fogalom). A 20. században a fizikusok az anyag legkisebb szintjén kezdték feltárni a mozgalmakat, és legmegdöbbentőbb modern felfedezéseik között a különböző részecskék mennyisége az univerzumban volt. Kvantumfizika 18 elemi részecske típusát jósolja meg, és 16 elemet már kísérletileg kimutattak. Az elemi részecskefizika célja a fennmaradó részecskék megtalálása.
A standard modell
A részecskefizika standard modellje, amely az elemi részecskéket több csoportba sorolja, a modern fizika középpontjában áll. Ebben a modellben a három négy alapvető fizikai erő a boszonokkal együtt leírják azokat a részecskéket, amelyek ezeket az erőket közvetítik. Noha a gravitáció technikailag nem tartozik a standard modellbe, az elméleti fizikusok azon dolgoznak, hogy kibővítsék a modellt, hogy belefoglalják és megjósolják a gravitációs kvantumelmélet.
Ha van valami, amit a részecskefizikusok élvezik, az a részecskék felosztása csoportokra. Az elemi részecskék az anyag és az energia legkisebb alkotóelemei. A tudósok szerint nem tűnik úgy, hogy azokat kisebb részecskék kombinációiból készítették.
Az anyag és az erők lebontása
A fizikában az összes elemi részecskét mindkét kategóriába sorolják fermionok vagy bozonok. A kvantumfizika azt mutatja, hogy a részecskéknek belső, nullán kívüli "spinje" vagy perdület, velük társítva.
Egy fermion (a Enrico Fermi) egy fél egész számú spinkel rendelkező részecske, míg a boszon (a Satyendra Nath Bose elnevezésű) egy egész számú vagy egész spinjű részecske. Ezek a pörgetések különféle matematikai alkalmazásokat eredményeznek bizonyos helyzetekben. Egész és fél egész számok hozzáadásának egyszerű matematikája a következőket mutatja:
- Páratlan számú fermion kombinációja fermiont eredményez, mivel a teljes spin továbbra is fél egész szám lesz.
- Páros számú fermion kombinálása bosont eredményez, mivel a teljes spin egész számot eredményez.
fermionok
A fermionok részecske centrifugálása megegyezik a félérték egész értékével (-1/2, 1/2, 3/2 stb.). Ezek a részecskék alkotják azt az ügyet, amelyet megfigyelünk univerzumunkban. Az anyag két alapvető alkotóeleme kvarkok és leptonok. Mindkét szubatomi részecske fermionok, tehát az összes bozon ezen részecskék egyenletes kombinációjából jön létre.
A kvarkok a ferronok osztálya, amelyek hadronokat alkotnak, például protonok és neutronok. A kvarkok alapvető részecskék, amelyek kölcsönhatásba lépnek a fizika mind a négy alapvető erőén: a gravitáció, elektromágnesesség, gyenge interakció és erős interakció. A kvarkok mindig kombinációban léteznek, és olyan szubatomi részecskéket képeznek, amelyeket hadronnak neveznek. Hat különálló típusú kvark létezik:
- Alsó kvarc
- Furcsa kvarc
- Le Quark
- Felső kvarc
- Charm Quark
- Fel Quark
A leptonok olyan alapvető részecskék, amelyek nem tapasztalnak erős kölcsönhatást. Hat lepton fajta létezik:
- Elektron
- Elektronneutrino
- müon
- Muon Neutrino
- Tau
- Tau Neutrino
A lepton (elektron, muon és tau) mindhárom "íze" egy "gyenge dublettből" áll, a fent említett részecskéből, valamint egy gyakorlatilag tömeg nélküli semleges részecskéből, neutrino. Tehát az elektron lepton az elektron és az elektron-neutrinó gyenge dublettje.
bozonok
A boszonok részecskéinek centrifugálása megegyezik egy egész számmal (egész számok, mint 1, 2, 3 és így tovább). Ezek a részecskék közvetítik a fizika alapvető erőit a kvantummező-elméletek alapján.
- Foton
- W Boson
- Z Boson
- Gluon
- Higgs-bozon
- Graviton
Kompozit részecskék
A hadronok olyan részecskék, amelyek többszörösen kötött kvarkokból állnak, oly módon, hogy spinjük fél egész szám. A hadronokat fel kell osztani mezonoknak (amelyek bozonok) és baryonok (amelyek fermionok).
- mezonoknak
- barionok
- nukleonokat
- Hyperonok: rövid életű részecskék, amelyek furcsa kvarkokból állnak
A molekulák összetett szerkezetek, amelyek több atomból állnak egymással összekapcsolva. Az anyag, az atomok alapvető kémiai építőeleme elektronokból, protonokból és neutronokból áll. A protonok és a neutronok nukleonok, a baryon típusa, amelyek együttesen képezik az összetett részecskét, amely egy atommag. A modern alapja annak vizsgálata, hogy az atomok hogyan kötődnek különféle molekuláris szerkezetekhez kémia.
Részecskék osztályozása
Nehéz lehet az összes nevet egyenesen tartani a részecskefizikában, ezért hasznos lehet gondolkodni az állatvilágon, ahol az ilyen strukturált elnevezés talán ismeretes és intuitív. Az emberek főemlősök, emlősök és gerincesek. Hasonlóképpen, a protonok nukleonok, baryonok, hadronok és fermionok is.
A sajnálatos különbség az, hogy a kifejezések hasonlók egymásnak. A boszonok és baryonok összekeverése például sokkal könnyebb, mint a főemlősök és gerinctelenek megkeverése. Az egyetlen módszer, amellyel ezeket a részecskecsoportokat valóban külön lehet tartani, csak alaposan meg kell tanulmányozni őket, és meg kell próbálnia vigyázni, hogy melyik nevet használják.
Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.