Cząstka (fizyka)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Cząstka (korpuskuła) – w tradycyjnym znaczeniu, to każdy fragment materii, który ma kształt mniej lub bardziej zbliżony do sfery i jest na tyle mały, że nie można go zobaczyć gołym okiem. W tym określeniu informacja o kształcie nie dotyczy cząstek elementarnych (zob. fizyka cząstek elementarnych), w przypadku których nie ma żadnego sensu mówić o ich kształcie, gdyż ich "zachowanie" trudno jest sobie wyobrażać w kategoriach makroskopowych wyobrażeń zmysłowych.

Cząstki subatomowe, a nawet atomy i większe twory można podzielić na:

  • fermiony – mają spin połówkowy (1/2, 3/2ℏ itp.) i obowiązuje je zakaz Pauliego – dwa identyczne fermiony nie mogą znajdować się w tym samym stanie
  • bozony – mają spin całkowity (0ℏ, 1ℏ, 2ℏ itp.). Nie obowiązuje ich zakaz Pauliego, a nawet wykazują pewną tendencję do istnienia w tym samym stanie

(ℏ – oznacza zredukowaną stałą Plancka)

Lista cząstek w kolejności od najbardziej złożonych do najbardziej elementarnych[edytuj | edytuj kod]

Cząstki ponadatomowe[edytuj | edytuj kod]

  • cząstki supramolekularne – składają się one ze zbiorów cząsteczek chemicznych połączonych słabymi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi (siły Van Der Waalsa, wiązania wodorowe itp.) Są to m.in.: micele, mikrosfery, złożone kompleksy gość-gospodarz, złożone struktury biochemiczne (np. DNA), monokryształy, cząstki występujące w zeolitach, aerożelach, żelach i zolach, cząstki tworzące pyły i pasty. Większość tego rodzaju cząstek jest na tyle duża, że da się je obserwować pod mikroskopem optycznym.
  • cząsteczki chemiczne (molekuły) – składające się z silnie związanych ze sobą atomów. Różne rodzaje cząsteczek tworzą różne rodzaje związków chemicznych. Również niektóre pierwiastki występują w naturze w formie dwuatomowych cząsteczek (np. wodór). Aktualnie szacuje się, że zbadano i skatalogowano ponad 50 milionów różnych cząsteczek chemicznych, a ich zbiór jest praktycznie nieograniczony. Cząsteczki mogą zawierać od dwóch do ponad miliona atomów. Niektóre największe daje się obserwować pod mikroskopem optycznym, większość z nich daje się bezpośrednio obserwować za pomocą mikroskopu elektronowego lub AFM.
  • jony – są specyficzną odmianą cząsteczek, które posiadają ładunek elektryczny. Mogą one powstawać w wyniku jonizacji zwykłych cząsteczek obojętnych, na skutek przyłączenia lub odrywania elektronów.

Atomy, ich składniki i inne cząstki złożone[edytuj | edytuj kod]

  • atomy – najmniejsze cząstki, na które da się podzielić materię za pomocą reakcji chemicznych. Atomy składają się z małego jądra otoczonego znacznie większą chmurą elektronów (zobacz planetarny model atomu Bohra). Każdy rodzaj atomu tworzy określony pierwiastek chemiczny. Uznaje się obecnie, że istnienie 110 z nich zostało potwierdzone eksperymentalnie. Ich lista znajduje się w układzie okresowym. Atomy to jednocześnie najmniejsze cząstki, których obraz daje się jeszcze generować metodami mikroskopowymi.
  • jądra atomów, które są 10 000 do 100 000 razy mniejsze od samych atomów, składają się z protonów i neutronów. Ich rozpad powoduje tworzenie się neutrin. Jądra mogą przechodzić jedne w drugie tylko na skutek wysokoenergetycznych przemian jądrowych. Cząstki tworzące jądra są powiązane z sobą tzw. słabymi oddziaływaniami jądrowymi i silnymi oddziaływaniami jądrowymi, których energia znacznie jednak przewyższa energię wiązań chemicznych.
  • hadrony – to cząstki zbudowane z kwarków, powiązanych z sobą silnymi oddziaływaniami, których energia jest znacznie wyższa od energii jądrowych oddziaływań słabych. Hadrony dzieli się na:
    • bariony – składające się z trzech kwarków. Dalej dzieli się je na:
      • nukleony – czyli protony i neutrony – które tworzą jądra atomów.
      • hiperony oznaczane dużymi, greckimi literami (Λ, Σ, Ξ i Ω), które są cięższymi i bardziej nietrwałymi od nukleonów cząstkami i które w normalnych warunkach nie występują w jądrach atomowych.
    • mezony, które są zbudowane z pary kwark – antykwark. Jest ich wiele rodzajów. Najbardziej znane to piony i kaony. Mezony pośredniczą w tworzeniu się sił jądrowych między protonami i neutronami.
    • hadrony egzotyczne – których istnienie sugerują dane zebrane przez niektóre eksperymenty, np.:
      • tetrakwarki składające się z dwóch kwarków i dwóch antykwarków.
      • pentakwarki składające się z czterech kwarków i jednego antykwarku.
      • glueballe składające się z samych gluonów, bez kwarków

Cząstki uznawane obecnie za rzeczywiście elementarne[edytuj | edytuj kod]

Według Modelu Standardowego każda cząstka elementarna ma swój symetryczny odpowiednik w antymaterii (antycząstkę – cząstka może też być własną antycząstką), a łącznie istnieją następujące cząstki:

  • fermiony – jest ich łącznie 24. Należą do nich cząstki, o których można powiedzieć, że tworzą materię: elektron, kwark górny i kwark dolny. Dzieli się je w zależności od tego czy są one "wrażliwe" na oddziaływania jądrowe czy nie.
  • bozony – są nośnikami oddziaływań. Są to:

Inne teorie zakładają istnienie większej liczby cząstek. Ich istnienie nie zostało jednak w żaden sposób dowiedzione eksperymentalnie, są to więc cząstki istniejące czysto hipotetycznie.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]