Περιεχόμενο
- Τα κουάρκ και τα λεπτόνια είναι και τα δύο θεμελιώδη σωματίδια
- Τα Leptons έχουν ακέραια χρέωση. Τα κουάρκ έχουν κλασματική χρέωση
- Τα Leptons μπορούν να υπάρχουν ελεύθερα. Τα κουάρκ δεν μπορούν
- Τα κουάρκ και τα λεπτόνια υπόκεινται σε διαφορετικές θεμελιώδεις δυνάμεις
Η φυσική των σωματιδίων είναι ο υποτομέας της φυσικής που ασχολείται με τη μελέτη των στοιχειωδών υποατομικών σωματιδίων - τα σωματίδια που σχηματίζουν τα άτομα. Στις αρχές του 20ού αιώνα έγιναν πολλές πειραματικές ανακαλύψεις που πρότειναν ότι τα άτομα, τα οποία θεωρούνταν το μικρότερο συστατικό της ύλης, αποτελούσαν ακόμη μικρότερα σωματίδια. Νέες θεωρίες σχεδιάστηκαν για να εξηγήσουν αυτό (όπως το Τυπικό Μοντέλο Φυσικής Σωματιδίων), πολλά νέα πειράματα σχεδιάστηκαν (χρησιμοποιώντας εξοπλισμό όπως επιταχυντές σωματιδίων) και κατέστη σταδιακά σαφές ότι τα σωματίδια που συνθέτουν τα άτομα μπορούν να διασπαστούν ακόμη περισσότερο. Δύο παραδείγματα τέτοιων σωματιδίων είναι τα κουάρκ και τα λεπτόνια, και ενώ αυτοί οι τύποι σωματιδίων έχουν πολλά κοινά, οι διαφορές τους είναι συχνά έντονες.
Τα κουάρκ και τα λεπτόνια είναι και τα δύο θεμελιώδη σωματίδια
Οι Quarks (ονομαζόμενοι από τον βραβευμένο με Νόμπελ Murray Gell-Mann μετά από ένα απόσπασμα στο βιβλίο "Finnegans Wake" του James Joyce) και τα λεπτόνια θεωρούνται σήμερα τα πιο θεμελιώδη σωματίδια που υπάρχουν. δηλαδή, δεν μπορούν να διασπαστούν σε περαιτέρω συστατικά σωματίδια. Τα κουάρκ και τα λεπτόνια δεν είναι και τα ίδια σωματίδια. μάλλον, αναφέρονται σε οικογένειες σωματιδίων, καθένα από τα οποία αποτελείται από έξι μέλη. Η οικογένεια των τεμαχιδίων κουάρκ αποτελείται από πάνω, κάτω, πάνω, κάτω, γοητεία και περίεργα σωματίδια, ενώ τα λεπτόνια αποτελούνται από τα ηλεκτρόνια, το νετρίνο ηλεκτρονίων, το μιόνιο, το νετρίνο του μιονίου, τα σωματίδια ουδέτερου tau και tau. Υπάρχουν επίσης αντισώματα που συνδέονται με κάθε σωματίδιο, όπου το αντισωματίδιο είναι ο αντίθετος καθρέπτης του αντίστοιχου σωματιδίου (π.χ. έχει το αντίθετο φορτίο).
Τα Leptons έχουν ακέραια χρέωση. Τα κουάρκ έχουν κλασματική χρέωση
Τα Leptons έχουν ένα ηλεκτρικό φορτίο είτε μιας θεμελιώδους μονάδας φόρτισης (που ορίζεται ως το φορτίο ενός μόνο ηλεκτρονίου), στην περίπτωση του ηλεκτρονίου, του μιονίου ή του tau, είτε χωρίς φορτίο, στην περίπτωση των αντίστοιχων νετρίνων. Τα κουάρκς, από την άλλη πλευρά, έχουν κλασματικές χρεώσεις (+/- 1/3 ή +/- 2/3, ανάλογα με το κουάρκ). Όταν αυτά τα κουάρκ είναι ομαδοποιημένα, το άθροισμα των χρεώσεων τους προστίθεται πάντα σε μια ακέραια χρέωση. Για παράδειγμα, αν δύο κουάρκ και ένα κουάρκ κάτω (με χρεώσεις των + 2/3 και -1/3 αντίστοιχα) συγκεντρώνονται μαζί, το άθροισμα των χρεώσεων αυξάνεται στο +1 και δημιουργείται ένα νέο σωματίδιο. Αυτό το νέο σωματίδιο είναι το πρωτόνιο, ένα από τα κύρια συστατικά του ατομικού πυρήνα.
Τα Leptons μπορούν να υπάρχουν ελεύθερα. Τα κουάρκ δεν μπορούν
Ενώ τα κουάρκ έχουν όλα ένα κλασματικό φορτίο, ένα κουάρκ δεν θα υπάρχει ποτέ ελεύθερα στη φύση. αυτό οφείλεται σε μια θεμελιώδη δύναμη γνωστή ως "ισχυρή δύναμη". Η ισχυρή δύναμη, η οποία προκαλείται από σωματίδια που μεταφέρουν δύναμη που ονομάζονται γλουόνια, ενεργεί μέσα στον πυρήνα των ατόμων και διατηρεί τα κουάρκ ελκυσμένα το ένα στο άλλο. Η δύναμη μεταξύ των κουάρκ αυξάνεται καθώς απομακρύνονται, εξασφαλίζοντας ότι δεν υπάρχει ποτέ ελεύθερη κουάρκ. Το πεδίο μελέτης που αφορά τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ κουάρκ και γλουτών ονομάζεται κβαντική χρωμοδυναμική (QCD). Τα λεπτόνια, από την άλλη πλευρά, είναι πολύ "ανεξάρτητα" σωματίδια και μπορούν να απομονωθούν.
Τα κουάρκ και τα λεπτόνια υπόκεινται σε διαφορετικές θεμελιώδεις δυνάμεις
Υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση: η ισχυρή δύναμη (η οποία κρατά ατομικούς πυρήνες και τα κουάρκ), η αδύναμη δύναμη (η οποία είναι υπεύθυνη για τη ραδιενεργή αποσύνθεση), η ηλεκτρομαγνητική δύναμη (η οποία βοηθά στη διατήρηση των ατόμων μαζί) και η βαρυτική δύναμη κάθε αντικείμενο με μάζα ή ενέργεια στο σύμπαν). Τα κουάρκ υπόκεινται σε όλες τις θεμελιώδεις δυνάμεις. τα λεπτόνια, από την άλλη πλευρά, υπόκεινται σε όλες τις δυνάμεις εκτός από την ισχυρή δύναμη. Αυτό συμβαίνει επειδή η ισχυρή δύναμη έχει ένα πολύ μικρό εύρος, τυπικά μικρότερο από εκείνο ενός ατομικού πυρήνα. Ως εκ τούτου, η ισχυρή δύναμη περιορίζεται γενικά σε αυτόν τον τομέα. Οι αδύναμες, ηλεκτρομαγνητικές και βαρυτικές δυνάμεις, από την άλλη πλευρά, μπορούν να δράσουν σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση από την ισχυρή δύναμη.