Fizyka cząstek elementarnych
Fizyka cząstek elementarnych, fizyka wielkich energii, fizyka wysokich energii – dział fizyki, którego celem jest badanie cząstek elementarnych (subatomowych) oraz zachodzących między nimi oddziaływań.
Fizycy odkryli kilkaset cząstek elementarnych. Dzielą się one na kilka grup, w zależności od:
- masy
- wartości ładunku elektrycznego, liczby barionowej, liczby leptonowej, izospinu, hiperładunku, koloru, dziwności
- spinu (podział na fermiony i bozony) (momentu magnetycznego)
- rodzaju oddziaływań jakim ulegają
| foton | (bozon) | |
| leptony | (fermiony) e−, μ−, τ−, νe, νμ, ντ | |
| hadrony | mezony | (bozon) p, K, ω, ρ | |
| bariony | (fermion) p, n (nukleony) Λ, Σ, Ξ (hiperony) | |
Cząstki elementarne dzielą się na cząstki „prawdziwie” elementarne (fundamentalne), uważane za niepodzielne i dlatego uznawane za podstawowe składniki materii, oraz hadrony (mezony i bariony, na przykład proton i neutron), które są cząstkami złożonymi, zbudowanymi z 2 (dokładnie z kwarku i antykwarku) lub 3 kwarków. Trwałymi cząstkami są protony, elektrony, neutrina i fotony.
Cząstki elementarne nie oddziałujące silnie, a jedynie słabo lub elektromagnetycznie, i będące fermionami nazywamy leptonami (np. elektron, mion, taon, neutrina).
Cząstkami elementarnymi są również bozony pośredniczące w oddziaływaniach: fotony (elektrodynamika kwantowa), bozony W, bozony Z (oddziaływania słabe), czy gluony (oddziaływanie silne).
Pojęcie „cząstki elementarne” jest uwarunkowane historycznie. Zostało wprowadzone na początku XX wieku jako określenie podstawowych cząstek, które nie są już podzielne. Do cząstek elementarnych zaliczano wówczas: proton, neutron, elektron i foton. Obecnie za niepodzielne (bez struktury wewnętrznej) uważa się kwarki, leptony i bozony przenoszące oddziaływania.
| Typ fermionu |
Nazwa | Symbol | Ładunek elektryczny |
Izospin | Ładunek silny (kolor) |
Masa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| lepton | elektron | e− | -1 | -1/2 | 0 | 0,511 MeV/c² |
| mion | μ− | -1 | -1/2 | 0 | 105,6 MeV/c² | |
| taon | τ− | -1 | -1/2 | 0 | 1,784 GeV/c² | |
| neutrino elektronowe | νe | 0 | +1/2 | 0 | < 50 eV/c² | |
| neutrino mionowe | νμ | 0 | +1/2 | 0 | < 0,5 MeV/c² | |
| neutrino taonowe | ντ | 0 | +1/2 | 0 | < 70 MeV/c² | |
| kwark | górny | u | +2/3 | +1/2 | R/G/B | ~5 MeV/c² |
| powabny | c | +2/3 | +1/2 | R/G/B | ~1,5 GeV/c² | |
| prawdziwy | t | +2/3 | +1/2 | R/G/B | >30 GeV/c² | |
| dolny | d | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~10 MeV/c² | |
| dziwny | s | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~100 MeV/c² | |
| piękny | b | -1/3 | -1/2 | R/G/B | ~4,7 GeV/c² |
Choć później znaleziono wiele innych cząstek i stwierdzono, że wiele z nich składa się ze znacznie prostszych, pozostawiono to określenie dla wszystkich cząstek subatomowych.
| Bozon pośredniczący | Masa·c² | Spin | Ładunek | Oddziaływanie |
|---|---|---|---|---|
| foton | 0 | 1 | 0 | elektromagnetyczne |
| Z0 | ~ 91 GeV | 1 | 0 | słabe |
| W+ | ~ 80 GeV | 1 | 1 | |
| W− | ~ 80 GeV | 1 | -1 | |
| gluon | 0 | 1 | 0 | silne |
| (grawiton) | 0 | 2 | 0 | grawitacyjne |
Zobacz też
Bibliografia
- „Boska cząstka: jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?” – Leon Lederman, Dick Teresi (ISBN 83-86868-10-4) (pol.)
- Opis fizyki cząstek elementarnych, rozdział 1, rozdział 2... (pol.)
- University of California: Particle Data Group (ang.)
- High-Energy Physics Literature Database (ang.)