Cząstki elementarne

Z encyklopediafantastyki.pl
(Przekierowano z Cząstka fundamentalna)
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
LEKSYKON FANTASTYKI
science
Podział czastek elementarnych nie posiadajacych struktury wewnętrznej.

Cząstki elementarne to według fizyki współczesnej podstawowy budulec materii, czyli najmniejsze i nieposiadające wewnętrznej struktury jej elementy. Niemniej pojęcie to ze względów historycznych ma trochę inne znaczenie.

Spis treści

Pojęcie cząski elementarnej

Pojęcie cząstki elementarne wprowadzono w latach 1930-1935 i oznaczało ono elektron, proton, neutron i kwant pola elektromagnetycznego (foton). W tamtych czasach uznawano, że cała materia zbudowana jest z tych cząstek.

W latach późniejszych odkryto miony, mezony, hiperony i wiele innych cząstek oraz ich antycząstki, początkowo wszystkie były uznane za elementarne. Obecnie znanych jest ponad 200 takich cząstek, większość z nich posiada strukturę wewnetrzną.

Cząstki fundamentalne

Klasyfikacja czastek fundamentalnych.

Dzisiaj spośród cząstek elementarnych wyodrebniono cząstki fundamentalne w skład których wchodzą:

  • kwarki

Kwark to cząstka elementarna, fermion, posiadający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki. Istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz odpowiednio sześć rodzajów ich antycząstek – antykwarków.

Za symbol kwarka przyjmuje się literę q.

Znane dziś kwarki to:

1 generacja: u (górny), d (dolny)

2 generacja: c (powabny), s (dziwny)

3 generacja: t (prawdziwy, wierzchni), b (piekny, dolny)


  • leptony

Leptony to grupa 12 cząstek elementarnych (6 cząstek i 6 antycząstek). Zaliczają się do niej: elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe oraz odpowiadające im antycząstki: pozyton (antyelektron), antymion, antytaon i antyneutrina. Ostatnim odkrytym leptonem było neutrino taonowe w 2000 roku.

Wszystkie leptony, z wyjątkiem neutrin i antyneutrin, posiadają ładunek ujemny (dla cząstek, np. elektronów) lub dodatni (dla antycząstek, np. pozytonów). Natomiast neutrina i antyneutrina posiadają ładunek zerowy.

leptony razem z kwarkami tworzą trzy generacje pokazane na rysunku powyżej.


  • bozony pośredniczące (bozony cechowania, nośniki oddziaływań)

W teoriach kwantowych oddziaływania są przenoszone przez pewne cząstki zwane właśnie nośnikami oddziaływań lub kwantami oddziaływań.

Oddziaływania przenoszone przez cząstki rzeczywiste:

  • elektromagnetyczne - nośnikiem oddziaływania są fotony, a teoria je opisująca to elektrodynamika kwantowa (ang. QED - Quantum Electro Dynamics)
  • oddziaływania słabe - tzw. bozony pośredniczące - Z i W± - pojawiają się w Modelu Standardowym
  • oddziaływania silne - nośnikiem oddziaływań silnych są gluony, ich istnienie wynika z chromodynamiki kwantowej (ang. QCD - Quantum Chromo Dynamics)
  • oddziaływania grawitacyjne - istnieją przesłanki teoretyczne za istnieniem cząstki zwanej grawitonem (jej własności opisuje kwantowa grawitacja).

Z przyczyn technicznych bozony cechowania są opisywane matematycznie przez równania pola dla cząstek nie posiadających masy. W najprostszym rozumieniu wszystkie bozony cechowania powinny być więc pozbawione masy, natomiast siły przez nie przenoszone powinny mieć duży zasięg. Sprzeczność pomiędzy tą teorią a dowodami eksperymentalnymi, ukazującymi bardzo krótki zasięg oddziaływania słabego, wymaga głębszego spojrzenia na problem.

W myśl Modelu Standardowego, bozony W i Z uzyskują masę przez Mechanizm Higgsa: cztery bozony oddziaływania elektrosłabego łączą się z polem Higgsa. Pole to ulega spontanicznemu załamaniu symetrii, w wyniku czego wszechświat wypełniony jest przez niezerową energię próżni. Ta Wartość łączy się następnie z trzema spośród bozonów cechowania oddziaływania elektrosłabego (W i Z), nadając im masę. Pozostałe bozony pozostają bez masy (fotony). Teoria przewiduje również istnienie skalara, bozonu Higgsa, który nie został dotychczas zaobserwowany.


Hadrony - cząski ze strukturą wewnetrzną

Podział hadronów na mezony i bariony.

Cząstki elementarne posiadajace strukturę wewnętrzną nazywamy hadronami. Dzielimy je na dwie grupy zalezne od składu kwarkowego:

  • mezony (układ kwark - antykwark)

Mezony to cząstki elementarne należące do hadronów, o liczbie barionowej B=0 oraz spinach całkowitych. Mezony zbudowane są z par kwark-antykwark, co jest związane z tym, że wypadkowy ładunek kolorowy cząstki musi być równy zeru (antykwark posiada antykolor kwarku).

Do metatrwałych (trwałych ze względu na oddziaływanie silne) mezonów należą dla przykładu mezony π (piony) i mezony K (kaony)

  • bariony (układ 3 kwarków)

Bariony to w fizyce cząstek elementarnych rodzina silnie oddziałujących fermionów (o spinie połówkowym). Barionem jest proton czy neutron wspólnie nazywane nukleonami.


Inne podziały cząstek

Istotnym elementem zwiaznym z inna klasyfikacją czastek jest pewna ich właściwość - wewnetrzny kwantowy moment pędu, okreslany jako spin. Podział ze wzgledu na spin wyglada:

  • Fermiony - czastki o ułamkowym spinie (np. -1/2, 1/2, 3/2)

do grupy fermionów zaliczamy kwarki i leptony, a także niektóre hadrony

  • Bozony - czastki o spinie całkowitym

bozonami są czaski fundamentalne pośredniczace w oddziaływaniach - bozony cechowania - (np.foton lub gluon) oraz niektóre hadrony (np. nukleony: proton i neutron

Osobiste
Przestrzenie nazw
Warianty
Działania
Nawigacja
Narzędzia
Pomoc
Szablony