Содержание
- Кварки и лептоны - оба фундаментальные частицы
- Лептоны имеют целочисленный заряд; Кварки имеют дробный заряд
- Лептоны могут существовать свободно; Кварки не могут
- Кварки и лептоны подчиняются различным фундаментальным силам
Физика элементарных частиц - это область физики, которая занимается изучением элементарных субатомных частиц - частиц, составляющих атомы. В начале 20-го века было сделано много экспериментальных открытий, которые предположили, что атомы, которые, как полагали, были самым маленьким компонентом материи, были составлены из еще меньших частиц. Для объяснения этого были разработаны новые теории (например, Стандартная модель физики частиц), было разработано много новых экспериментов (с использованием оборудования, такого как ускорители частиц), и постепенно стало ясно, что частицы, составляющие атомы, могут разрушаться еще дальше. Двумя примерами таких частиц являются кварки и лептоны, и хотя эти типы частиц имеют много общего, их различия часто бывают резкими.
Кварки и лептоны - оба фундаментальные частицы
Кварки (названные Нобелевским лауреатом Мюрреем Гелл-Манном после цитаты из книги Джеймса Джойса «Пробуждение Финнегана») и лептоны в настоящее время считаются наиболее фундаментальными из существующих частиц; то есть они не могут быть разбиты на другие составляющие частицы. Кварки и лептоны тоже не являются частицами; скорее они относятся к семействам частиц, каждый из которых содержит шесть членов. Кварковое семейство частиц состоит из верхних, нижних, верхних, нижних, обаятельных и странных частиц, а лептоны состоят из электронных, электронных нейтрино, мюонных, мюонных нейтрино, тау и тау нейтрино. Существуют также античастицы, связанные с каждой частицей, причем античастица представляет собой зеркало, противоположное соответствующей частице (например, имеющее противоположный заряд).
Лептоны имеют целочисленный заряд; Кварки имеют дробный заряд
Лептоны имеют электрический заряд либо одной фундаментальной единицы заряда (определяемой как заряд одного электрона), в случае электрона, мюона или тау, либо не имеют заряда, в случае соответствующих нейтрино. Кварки, с другой стороны, имеют дробные заряды (+/- 1/3 или +/- 2/3, в зависимости от кварка). Когда эти кварки сгруппированы, сумма их зарядов всегда составляет целое число. Например, если два восходящих кварка и один нижний кварк (с зарядами +2/3 и -1/3 соответственно) сгруппированы вместе, сумма зарядов складывается до +1, и создается новая частица. Эта новая частица - протон, один из основных компонентов атомного ядра.
Лептоны могут существовать свободно; Кварки не могут
В то время как все кварки имеют дробный заряд, кварки никогда не будут свободно существовать в природе; это из-за фундаментальной силы, известной как "сильная сила". Сильная сила, которая опосредована несущими силу частицами, называемыми глюонами, действует в ядре атомов и удерживает кварки, привлеченные друг к другу. Сила между кварками увеличивается, когда они раздвигаются, гарантируя, что свободный кварк никогда не будет обнаружен. Область исследований, посвященная взаимодействиям кварков и глюонов, называется квантовой хромодинамикой (КХД). Лептоны, с другой стороны, являются очень «независимыми» частицами и могут быть изолированы.
Кварки и лептоны подчиняются различным фундаментальным силам
В природе существуют четыре фундаментальные силы: сильная сила (которая удерживает атомные ядра и кварки вместе), слабая сила (которая ответственна за радиоактивный распад), электромагнитная сила (которая помогает удерживать атомы вместе) и гравитационная сила (которая действует любой объект с массой или энергией во вселенной). Кварки подчиняются всем фундаментальным силам; С другой стороны, лептоны подвержены всем силам, кроме сильной. Это потому, что сильная сила имеет очень короткий диапазон, обычно меньший, чем у атомного ядра; следовательно, сильная сила, как правило, ограничена этой областью. Слабые, электромагнитные и гравитационные силы, с другой стороны, могут действовать на гораздо большее расстояние, чем сильная сила.