Fizyka cząstek elementarnych
Fizyka cząstek elementarnych, fizyka wielkich energii, dział fizyki, którego celem jest badanie cząstek atomowych oraz oddziaływań zachodzących między nimi.
Do dziś fizycy rozpoznali ponad 300 cząstek elementarnych (subatomowych). Dzielą się na kilka grup, w zależności od:
- masy
- wartości ładunku elektrycznego, liczby barionowej, liczby leptonowej, izospinu, hiperładunku, koloru, dziwności,
- spinu (podział na fermiony i bozony) (momentu magnetycznego)
- i rodzaju oddziaływań jakim ulegają
| foton | (bozon) γ | |
| Leptony | (fermiony) e-, μ-, τ-, νe, νμ, ντ | |
| Hadrony | Mezony | (bozon) p, K, ω, ρ |
| Bariony | (fermion) p, n, (Nukleony) Λ, Σ, Ξ (Hiperony) | |
Cząstki elementarne dzielą się na cząstki "prawdziwie" elementarne, uważane za niepodzielne i dlatego uznawane za podstawowe składniki materii, oraz hadrony (bariony np.: proton i neutron) i mezony, które są cząstkami złożonymi, zbudowanymi z 2 (dokładnie z kwarku i antykwarku) lub 3 kwarków. Jedynymi trwałymi cząstkami są protony i neutrony (neutron jest trwały w jądrze atomowym, poza nim rozpada się z okresem półrozpadu ok 13 min). Cząstki elementarne nie oddziałujące silnie a jedynie słabo lub elektromagnetyczne i będące fermionami nazywamy leptonami (np. elektron, mion, taon, neutrina). Cząstkami elementarnymi są również bozony pośredniczące w oddziaływaniach (fotony (elektrodynamika kwantowa), bozony W, bozony Z (oddziaływania słabe) czy gluony (oddziaływanie silne).
Pojęcie "cząstki elementarne" jest uwarunkowane historycznie, zostało wprowadzone na początku XX wieku jako określenie podstawowych cząstek które nie są już podzielne, oznaczało wówczas: proton, neutron, elektron i foton. Obecnie za niepodzielne (bez struktury wewnętrznej) uważa się kwarki, leptony i bozony przenoszące oddziaływania.
| Typ fermionu |
Nazwa | Symbol | Ładunek elektryczny |
Izospin | ładunek silny (kolor) |
Masa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lepton | Elektron | e- | -1 | -1/2 | 0 | 0,511 MeV/c² |
| Mion | μ- | -1 | -1/2 | 0 | 105,6 MeV/c² | |
| Taon | τ- | -1 | -1/2 | 0 | 1,784 GeV/c² | |
| Neutrino elektronowe | νe | 0 | +1/2 | 0 | < 50 eV/c² | |
| Neutrino mionowe | νμ | 0 | +1/2 | 0 | < 0,5 MeV/c² | |
| Neutrino taonowe | ντ | 0 | +1/2 | 0 | < 70 MeV/c² | |
| Kwark |
up | u | +2/3 | +1/2 | R/G/B | ~5 MeV/c² |
| charm | c | +2/3 | +1/2 | R/G/B | ~1.5 GeV/c² | |
| top | t | +2/3 | +1/2 | R/G/B | >30 GeV/c² | |
| down | d | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~10 MeV/c² | |
| strange | s | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~100 MeV/c² | |
| bottom | b | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~4,7 GeV/c² |
Choć później znaleziono wiele innych czastek i stwierdzono, że wiele z nich składa się ze znacznie prostszych, pozostawiono użycie tego określenia do wszystkich subatomowych cząstek.
| Bozon pośredniczący | Masa·c² | Spin | Ładunek | |
|---|---|---|---|---|
| foton | 0 | 1 | 0 | oddziaływanie elektromagnetyczne |
| Z0 | ~ 91 GeV | 1 | 0 | oddziaływanie słabe |
| W+ | ~ 80 GeV | 1 | 1 | |
| W− | ~ 80 GeV | 1 | -1 | |
| Gluon | 0 | 1 | 0 | oddziaływanie silne |
| (Grawiton) | 0 | 2 | 0 | grawitacja |
[edytuj] Zobacz też
- Model Standardowy, bozon Higgsa
- Chromodynamika kwantowa
- Elektrodynamika kwantowa
- akceleratory cząstek elementarnych
[edytuj] Bibliografia
- "Boska cząstka: jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?" - Leon Lederman, Dick Teresi (ISBN 83-86868-10-4) (pl)
- Opis fizyki cząstek elementarnych, rozdział 1, rozdział 2... (pl)
- University of California: Particle Data Group (en)
- High-Energy Physics Literature Database (en)
