Koncept temeljnih, nedeljivih delcev sega v tisto stari Grki (koncept znan kot "atomizem"). V 20. stoletju so fiziki začeli raziskovati dogajanje na najmanjših nivojih materije in med njihovimi najbolj presenetljivimi sodobnimi odkritji je bila količina različnih delcev v vesolju. Kvantna fizika napoveduje 18 vrst elementarnih delcev, 16 pa jih je bilo že eksperimentalno odkritih. Fizika elementarnih delcev je namenjena iskanju preostalih delcev.
Standardni model
Standardni model fizike delcev, ki elementarne delce razvrsti v več skupin, je v središču sodobne fizike. V tem modelu so trije od štiri temeljne sile fizike so skupaj z merilnimi bozoni opisani delci, ki posredujejo v teh silah. Čeprav gravitacija tehnično ni vključena v standardni model, teoretični fiziki delajo na razširitvi modela, da bi vključil in napovedoval kvantna teorija gravitacije.
Če se zdi, da fiziki delcev uživajo eno stvar, je delitev delcev v skupine. Elementarni delci so najmanjše sestavine snovi in energije. Kolikor znanstveniki lahko povedo, se zdi, da niso sestavljeni iz kombinacij manjših delcev.
Razbijanje materije in sil
Vsi osnovni delci v fiziki so razvrščeni kot fermioni ali bozoni. Kvantna fizika dokazuje, da imajo delci lahko lastno "ničelno vrtenje" oz kotni zagon, povezana z njimi.
Fermion (imenovan po Enrico Fermi) je delec s pol-celim spin, medtem ko je bozon (imenovan po Satyendra Nath Bose) je delec s celim številom ali celo število. Zaradi teh vrtljajev se v določenih situacijah pojavijo različne matematične aplikacije. Preprosta matematika seštevanja celih števil in polovičnih števil kaže naslednje:
- Če združite liho število fermionov, pride do fermiona, ker bo celoten spin še vedno pol-celo število.
- Če združite enakomerno število fermionov, pride do bozona, ker celoten spin povzroči celo število.
Fermioni
Fermioni imajo delce, ki so enaki polovični vrednosti (-1/2, 1/2, 3/2 itd.). Ti delci sestavljajo zadevo, ki jo opazujemo v našem vesolju. Dve osnovni sestavini materije sta kvarki in leptoni. Oba subatomska delca sta fermiona, zato so vsi bozoni ustvarjeni iz enakomerne kombinacije teh delcev.
Kvarki so razred fermiona, ki sestavljajo hadrone, kot so protoni in nevtroni. Kvarki so temeljni delci, ki delujejo skozi vse štiri osnovne sile fizike: gravitacijo, elektromagnetizem, šibka interakcija in močna interakcija. Kvarki vedno obstajajo v kombinaciji, da tvorijo subatomske delce, znane kot hadrone. Obstaja šest različnih vrst kark:
- Spodnji kvark
- Čuden kvark
- Dol Quark
- Vrhunski kvark
- Charm Quark
- Up Quark
Leptoni so vrsta temeljnih delcev, ki nimajo močne interakcije. Obstaja šest sort leptona:
- Elektrona
- Electron Neutrino
- Muon
- Muon Neutrino
- Tau
- Tau Neutrino
Vsak od treh "okusov" leptona (elektrona, muona in taua) je sestavljen iz "šibkega dvojnika", omenjenega delca skupaj s praktično brezmasnim nevtralnim delcem, imenovanim a nevtrino. Tako sta elektronski lepton šibki dvojnik elektrona in elektronsko nevtrino.
Bozoni
Bozoni imajo delce, ki so enaki celotnemu številu (cela števila, kot so 1, 2, 3, in tako naprej). Ti delci posredujejo temeljne sile fizike v kvantnih teorijah polja.
- Photon
- W Boson
- Z Boson
- Gluon
- Higgs Boson
- Graviton
Kompozitni delci
Hadroni so delci, sestavljeni iz več vezanih skupaj kvarkov, tako da je njihovo vrtenje polovična vrednost. Hadroni so razdeljeni na mezoni (ki so bozoni) in barioni (ki so fermioni).
- Mesoni
- Barioni
- Nucleons
- Hiperoni: kratkotrajni delci, sestavljeni iz čudnih kvarkov
Molekule so zapletene strukture, sestavljene iz več atomov, povezanih skupaj. Osnovni kemični gradnik snovi so atomi sestavljeni iz elektronov, protonov in nevtronov. Protoni in nevtroni so nukleoni, vrsta bariona, ki skupaj tvorijo sestavljeni delček, ki je jedro atoma. Študij, kako se atomi vežejo skupaj, da tvorijo različne molekularne strukture, je osnova moderne kemije.
Razvrstitev delcev
V imenu fizike delcev je težko ohraniti vsa imena naravnost, zato bi bilo morda koristno razmišljati o živalskem svetu, kjer bi bilo tako strukturirano poimenovanje lahko bolj znano in intuitivno. Ljudje so primati, sesalci in tudi vretenčarji. Podobno so protoni nukleoni, barioni, hadroni in tudi fermioni.
Nesrečna razlika je v tem, da se izrazi med seboj slišijo podobno. Zmedevanje bozonov in barionov je na primer veliko lažje kot zmede primatov in nevretenčarjev. Edini način, da te različne skupine delcev resnično ločimo, je le, da jih natančno preuči in poskušaš biti pozoren, katero ime se uporablja.
Uredil Anne Marie Helmenstine, dr.