Koncept temeljnih, nedjeljivih čestica seže do prahistorijski Grci (pojam poznat kao "atomizam"). U 20. stoljeću, fizičari su počeli istraživati stvari na najmanjim razinama materije, a među njihovim najneobičnijim modernim otkrićima bila je količina različitih čestica u svemiru. Kvantna fizika predviđa 18 vrsta elementarnih čestica, a 16 je već eksperimentalno otkriveno. Fizika elementarnih čestica ima za cilj pronaći preostale čestice.
Standardni model
Standardni model fizike čestica koji klasificira elementarne čestice u nekoliko skupina je u srži suvremene fizike. U ovom modelu tri od četiri temeljne sile fizike opisane su, zajedno s mjernim bozonima, čestice koje posreduju te sile. Iako gravitacija tehnički nije uključena u Standardni model, teorijski fizičari rade na proširenju modela na uključivanje i predviđanje kvantna teorija gravitacije.
Ako izgleda da jedna fizičarka čestica uživa, to je dijeljenje čestica u grupe. Elementarne čestice su najmanji sastojci materije i energije. Koliko znanstvenici mogu reći, čini se da nisu napravljeni od kombinacija manjih čestica.
Razbijanje materije i snaga
Sve elementarne čestice u fizici klasificirane su kao fermioni ili bozoni. Kvantna fizika pokazuje da čestice mogu imati svojstveno nulto "okretanje" ili kutni zamah, povezan s njima.
Fermion (nazvan po Enrico Fermi) je čestica s polu-cijelim okretom, dok je bozon (nazvan po Satyendra Nath Bose) čestica s čitavim brojem ili cijelim brojem zavrtanja. Ovi okreti rezultiraju različitim matematičkim primjenama u određenim situacijama. Jednostavna matematika sabiranja cijelih brojeva i pola cjelobrojnih brojeva pokazuje sljedeće:
- Kombinacijom neparnog broja fermiona rezultira fermionom, jer će ukupni zavrtanj i dalje biti polovina cijele vrijednosti.
- Kombinacija parnog broja fermiona rezultira bozonom, jer sveukupno zavrtanje rezultira cijelom vrijednošću.
fermioni
Fermioni imaju zavrtanje čestica jednake vrijednosti polovine cijelog broja (-1/2, 1/2, 3/2 itd.). Te čestice čine materiju koju opažamo u našem svemiru. Dva osnovna sastojka materije su kvarkovi i leptoni. Obje ove subatomske čestice su fermioni, tako da su svi bozoni stvoreni od ravnomjerne kombinacije tih čestica.
Kvarkovi su klasa fermiona koji čine hadrone, poput protoni i neutroni. Kvarkovi su temeljne čestice koje djeluju kroz sve četiri osnovne fizičke sile: gravitaciju, elektromagnetizam, slaba interakcija i snažna interakcija. Kvarkovi uvijek postoje u kombinaciji da nastanu subatomske čestice poznate kao hadroni. Postoji šest različitih vrsta kvarkova:
- Donji kvark
- Čudan kvark
- Down Quark
- Vrhunski kvark
- Charm Quark
- Gore Quark
Leptoni su vrsta temeljnih čestica koje ne doživljavaju snažnu interakciju. Postoji šest sorti leptona:
- Elektron
- Electron Neutrino
- muon
- Muon Neutrino
- Tau
- Tau Neutrino
Svaki od tri "okusa" leptona (elektrona, muona i taua) sastoji se od "slabog dubleta", spomenute čestice, zajedno s gotovo bezmasnom neutralnom česticom koja se naziva a neutrino. Dakle, elektronski lepton je slaba dubata elektrona i elektrona neutrina.
bozona
Bozoni imaju spin čestica jednak cijelom broju (cijeli brojevi poput 1, 2, 3, i tako dalje). Te čestice posreduju temeljne sile fizike pod kvantnim teorijama polja.
- Foton
- W Boson
- Z Boson
- gluon
- Higgs Boson
- graviton
Kompozitne čestice
Hadroni su čestice sastavljene od više povezanih vezanih kvarkova tako da je njihova centrifuga vrijednost upola cijeli. Hadroni su podijeljeni u mezoni (koji su bozoni) i barioni (koji su fermioni).
- mezoni
- bariona
- nukleona
- Hiperoni: kratkotrajne čestice sastavljene od čudnih kvarkova
Molekule su složene strukture sastavljene od više atoma povezanih zajedno. Osnovni kemijski blok materije, atomi su sastavljeni od elektrona, protona i neutrona. Protoni i neutroni su nukleoni, vrsta bariona koja zajedno tvore složenu česticu koja je jezgra atoma. Proučavanje načina na koji se atomi povezuju radi stvaranja različitih molekularnih struktura temelj je moderne kemija.
Klasifikacija čestica
Bilo bi teško održati sva imena ravno u fizici čestica, pa bi moglo biti korisno razmišljati o životinjskom svijetu, gdje bi takvo strukturirano imenovanje moglo biti poznatije i intuitivnije. Ljudi su primati, sisavci, a također i kralježnjaci. Slično tome, protoni su nukleoni, barioni, hadroni, a također i fermioni.
Nesretna razlika je u tome što pojmovi zvuče slični jedni drugima. Zbunjujući, na primjer, bozone i barijone, daleko je lakše od zbunjivanja primata i beskralješnjaka. Jedini način da ove različite grupe čestica zaista odvojite jest samo pažljivo proučavanje i pokušavanje biti pažljiv o tome koje se ime koristi.
Uredio Anne Marie Helmenstine, dr. Sc.