Tartalom
- A kvarkok és a leptonok egyaránt alapvető részecskék
- A leptonok egész szám töltöttek; A kvarkok frakcionált töltéssel rendelkeznek
- A leptonok szabadon létezhetnek; Quarks nem tud
- A kvarkok és a leptonok különféle alapvető erőknek vannak kitéve
A részecskefizika a fizika alterülete, amely az elemi szubatomi részecskék - az atomokat alkotó részecskék - tanulmányozásával foglalkozik. A 20. század elején számos kísérleti áttörést hajtottak végre, amelyek azt sugallták, hogy az atomok, amelyekről úgy gondolták, hogy az anyag legkisebb alkotóeleme, még kisebb részecskékből állnak. Új elméleteket fejlesztettek ki ennek magyarázata érdekében (például a részecskefizika standard modelljét), sok új kísérletet terveztek (olyan berendezések felhasználásával, mint részecskegyorsítók), és fokozatosan világossá vált, hogy az atomok alkotó részecskék még tovább bonthatók. Az ilyen részecskék két példája a kvarkok és a leptonok, és bár ezeknek a részecskéknek sok közös vonása van, különbségeik gyakran szembeszökőek.
A kvarkok és a leptonok egyaránt alapvető részecskék
Jelenleg úgy gondolják, hogy a kvarkok (melyeket Nobel-díjas Murray Gell-Mann idézett James Joyce "Finnegans Wake" című könyvében szereplő idézet után) és a leptonok a legalapvetőbb részecskék; vagyis nem bonthatók további alkotórészecskékké. A kvarkok és a leptonok szintén nem részecskék; inkább a részecskék családjára vonatkoznak, amelyek mindegyike hat tagot tartalmaz. A kvarkk részecskék családja felfelé, lefelé, felül, alul, varázsa és furcsa részecskékből áll, míg a leptonok elektron, elektronneutronó, muon, muonneutrino, tau és tau neutrino részecskékből állnak. Az egyes részecskékhez vannak antitest részecskék is, amelyeknek a részecske a megfelelő részecskével ellentétes tükör (például ellentétes töltéssel rendelkezik).
A leptonok egész szám töltöttek; A kvarkok frakcionált töltéssel rendelkeznek
A leptonok elektromos töltése vagy egy alapvető töltőegységnek felel meg (egyetlen elektron töltésének tekinthető), elektron, müon vagy tau esetén, vagy nincs töltés a megfelelő neutrinók esetében. A kvarkok viszont mindkettõnek vannak részleges töltései (+/- 1/3 vagy +/- 2/3, a kvarktól függõen). Ha ezeket a kvarkokat csoportosítják, akkor díjaik összege mindig egész számot eredményez. Például, ha két fel-kvarkot és egy lefelé kvarkot (+2/3 és -1/3 töltéssel) csoportosítunk, akkor a töltések összege +1-re növekszik, és új részecske jön létre. Ez az új részecske a proton, az atommag egyik fő alkotóeleme.
A leptonok szabadon létezhetnek; Quarks nem tud
Miközben a kvarkok mind töredékesek, a kvarkok soha nem léteznek szabadon a természetben; Ennek oka egy alapvető erő, amelyet "erős erőnek" hívnak. Az erő, melyet erőt hordozó részecskék közvetítenek, úgynevezett gluonok, az atommagban működnek, és a kvarkokat egymáshoz vonzva tartják. A kvarkok közötti erő növekszik, amikor egymástól elmozdulnak, ezzel biztosítva, hogy a szabad kvarkot soha ne észleljék. A kvarkok és gluonok kölcsönhatásainak szentelt tanulmányi területet kvantumkromodinamikának (QCD) nevezzük. A leptonok viszont nagyon "független" részecskék, és elkülöníthetők.
A kvarkok és a leptonok különféle alapvető erőknek vannak kitéve
A természetben négy alapvető erő van: az erős erő (amely atommagokat és kvarcokat tart össze), a gyenge erő (amely a radioaktív bomlásért felelős), az elektromágneses erő (amely segít az atomok együtt tartásában) és a gravitációs erő (amely hat bármilyen tárgy, amelynek tömege vagy energiája van az univerzumban). A kvarkokat az összes alapvető erő alávetik; A leptonok viszont az erõ kivételével minden erõnek vannak kitéve. Ennek oka az, hogy az erős erő nagyon rövid tartományban van, jellemzően kisebb, mint egy atommag; ezért az erős erő általában erre a területre korlátozódik. A gyenge, elektromágneses és gravitációs erők viszont sokkal nagyobb távolságon működhetnek, mint az erős erő.