Osnove fizike delcev
Ian Cuming / Getty Images
Koncept temeljnih, nedeljivih delcev sega v stari Grki (koncept znan kot 'atomizem'). V 20. stoletju so fiziki začeli raziskovati dogajanje na najmanjših ravneh materije in med njihovimi najbolj osupljivimi sodobnimi odkritji je bila količina različnih delcev v vesolju. Kvantna fizika napoveduje 18 vrst osnovnih delcev, 16 pa so jih že eksperimentalno odkrili. Cilj fizike osnovnih delcev je najti preostale delce.
Standardni model
Standardni model fizike delcev, ki osnovne delce razvršča v več skupin, je jedro sodobne fizike. V tem modelu so trije od štiri temeljne sile fizike so opisani, skupaj z merilnimi bozoni, delci, ki posredujejo te sile. Čeprav gravitacija tehnično ni vključena v standardni model, si teoretični fiziki prizadevajo razširiti model, da bi vključil in napovedal kvantna teorija gravitacije .
Če obstaja ena stvar, v kateri se zdi, da fiziki delcev uživajo, je to razdelitev delcev v skupine. Elementarni delci so najmanjše sestavine snovi in energije. Kolikor lahko ugotovijo znanstveniki, se zdi, da niso narejeni iz kombinacij manjših delcev.
Razbijanje snovi in sil
Vsi osnovni delci v fiziki so razvrščeni kot eno ali drugo fermioni oz bozoni . Kvantna fizika dokazuje, da imajo lahko delci notranji neničelni 'spin' ali kotni moment , povezana z njimi.
Fermion (imenovan po Enrico Fermi ) je delec s polcelim spinom, medtem ko je bozon (imenovan po Satyendra Nath Bose) delec s celim številom ali celim spinom. Ta vrtenja povzročijo različne matematične aplikacije v določenih situacijah. Preprosta matematika seštevanja celih in polcelih števil pokaže naslednje:
- Če združimo liho število fermionov, dobimo fermion, ker bo skupni spin še vedno polcela vrednost.
- Če združimo sodo število fermionov, dobimo bozon, ker skupni spin povzroči celoštevilsko vrednost.
Fermioni
Fermioni imajo vrtenje delcev, ki je enako vrednosti pol celega števila (-1/2, 1/2, 3/2 itd.). Ti delci sestavljajo snov, ki jo opazujemo v našem vesolju. Dve osnovni sestavini snovi sta kvarki in leptoni. Oba subatomska delca sta fermiona, zato so vsi bozoni ustvarjeni iz enake kombinacije teh delcev.
Kvarki so razred fermionov, ki sestavljajo hadrone, kot npr protoni in nevtroni . Kvarki so temeljni delci, ki medsebojno delujejo skozi vse štiri temeljne sile fizike: gravitacijo, elektromagnetizem , šibka interakcija in močna interakcija. Kvarki vedno obstajajo v kombinaciji, da tvorijo subatomske delce, znane kot hadroni. Obstaja šest različnih vrst kvarkov:
- Bottom Quark
- Čuden Quark
- Down Quark
- Top Quark
- Charm Quark
- Up Quark
Leptoni so vrsta osnovnih delcev, ki nimajo močne interakcije. Obstaja šest vrst leptonov:
- Elektron
- Elektronski nevtrino
- mion
- mionski nevtrino
- ja
- Nevtrinsko število
Vsak od treh 'okusov' leptona (elektron, mion in tau) je sestavljen iz 'šibkega dubleta', zgoraj omenjenega delca skupaj s skoraj brezmasnim nevtralnim delcem, imenovanim nevtrino . Tako je elektronski lepton šibek dublet elektrona in elektronskega nevtrina.
Bozoni
Bozoni imajo vrtenje delcev, ki je enako celemu številu (cela števila, kot so 1, 2, 3 itd.). Ti delci posredujejo temeljne sile fizike v okviru kvantnih teorij polja.
- Foton
- W Bozon
- Z Bozon
- Lepilo
- Higgsov bozon
- Gravitacija
Sestavljeni delci
Hadroni so delci, sestavljeni iz več skupaj povezanih kvarkov, tako da je njihov spin polcela vrednost. Hadrone delimo na mezoni (ki so bozoni) in barioni (ki so fermioni).
- Mezoni
- Barioni
- Nukleoni
- Hiperoni: kratkoživi delci, sestavljeni iz čudnih kvarkov
Molekule so kompleksne strukture, sestavljene iz več atomov, povezanih skupaj. Osnovni kemijski gradnik snovi, atomi, so sestavljeni iz elektronov, protonov in nevtronov. Protoni in nevtroni so nukleoni, vrsta barionov, ki skupaj tvorijo kompozitni delec, ki je jedro atoma. Študija o tem, kako se atomi vežejo skupaj, da tvorijo različne molekularne strukture, je temelj sodobnegakemija.
Klasifikacija delcev
V fiziki delcev je lahko težko ohraniti vsa imena naravnost, zato bi bilo morda koristno pomisliti na živalski svet, kjer je takšno strukturirano poimenovanje morda bolj domače in intuitivno. Ljudje smo primati, sesalci in tudi vretenčarji. Podobno so protoni nukleoni, barioni, hadroni in tudi fermioni.
Žalostna razlika je v tem, da izrazi zvenijo podobno drug drugemu. Zamešati bozone in barione je na primer veliko lažje kot zamenjati primate in nevretenčarje. Edini način, da te različne skupine delcev resnično ločimo, je, da jih natančno preučimo in poskušamo biti previdni pri tem, katero ime se uporablja.
UredilAnne Marie Helmenstine, dr.