יסודות הפיסיקה של החלקיקים היסודיים

הרעיון של חלקיקים יסודיים בלתי ניתנים לחלוקה חוזר אל יוונים עתיקים (מושג המכונה "אטומיזם"). במאה ה -20 החלו הפיזיקאים לבחון את המהלכים ברמות החומר הקטנות ביותר, ובין התגליות המודרניות המדהימות ביותר שלהן היה כמות החלקיקים השונים ביקום. פיזיקה קוונטית מנבא 18 סוגים של חלקיקים יסודיים, ו -16 כבר התגלו בניסוי. פיזיקת החלקיקים היסודיים שמה לה למטרה למצוא את החלקיקים שנותרו.

המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, המסווג חלקיקים יסודיים למספר קבוצות, הוא בבסיס הפיזיקה המודרנית. במודל זה, שלושה מתוך ארבעה כוחות יסוד של הפיזיקה מתוארים, יחד עם בוזונים מדדים, את החלקיקים המתווכים את הכוחות הללו. למרות שכוח המשיכה אינו נכלל טכנית במודל הסטנדרטי, פיסיקאים תיאורטיים פועלים להרחיב את המודל לכלול ולחזות א תורת הכבידה הקוונטית.

אם יש דבר אחד שפיזיקאים של חלקיקים כנראה נהנים ממנו, זה חלוקת חלקיקים לקבוצות. חלקיקים יסודיים הם המרכיבים הקטנים ביותר של חומר ואנרגיה. עד כמה שמדענים יכולים לדעת, נראה שהם לא עשויים משילובים של חלקיקים קטנים יותר.

כל החלקיקים היסודיים בפיזיקה מסווגים כאחד

פרמיון (על שמו אנריקו פרמי) הוא חלקיק עם ספין שלם שלם, ואילו בוזון (נקרא על שם Satyendra Nath Bose) הוא חלקיק עם מספר שלם או ספין שלם. ספינים אלה גורמים ליישומים מתמטיים שונים במצבים מסוימים. מתמטיקה פשוטה של ​​הוספת מספרים שלמים וחצי מספרים שלמים מראה את הדברים הבאים:

• שילוב של מספר אי זוגי של פרמיונים מביא לפרמיון מכיוון שסיבוב הכולל עדיין יהיה ערך שלם שלם וחצי.
• שילוב של מספר שווה של פרמיונים מביא לבוזון מכיוון שהסיבוב הכולל מביא לערך שלם.

לזרמים מסתובב חלקיק השווה לערך שלם שלם (-1/2, 1/2, 3/2 וכו '). חלקיקים אלה מהווים את החומר שאנו צופים ביקום שלנו. שני המרכיבים הבסיסיים של החומר הם קווארקים ולפטונים. שני החלקיקים התת אטומיים הללו הם פרמיונים, ולכן כל הבוזונים נוצרים משילוב אחיד של חלקיקים אלה.

הקווארקים הם מעמד הפרמיון שמרכיב חוגים, כמו פרוטונים ו נויטרונים. הקווארקים הם חלקיקים יסודיים אשר מקיימים אינטראקציה בין כל ארבעת הכוחות הבסיסיים של הפיזיקה: כוח משיכה, אלקטרומגנטיותאינטראקציה חלשה ואינטראקציה חזקה. קוורקים קיימים תמיד בשילוב ליצירת חלקיקים תת אטומיים המכונים הדרונים. ישנם שישה סוגים שונים של קווארק:

• התחתון קווארק
• קווארק מוזר
• למטה קווארק
• טופ קווארק
• קסם קווארק
• במעלה קווארק

לפטונים הם סוג של חלקיק יסודי שלא חווים אינטראקציה חזקה. ישנם שישה זני לפטון:

• אלקטרונים
• אלקטרון נייטרינו
• מוון
• מוון נייטרינו
• טאו
• טאו נייטרינו

כל אחד משלושת ה"טעמים "של הלפטון (אלקטרונים, מואונים וטאו) מורכב מ"הדובל החלש", החלקיק שהוזכר לעיל יחד עם חלקיק ניטרלי חסר מסה כמעט המכונה נייטרינו. לפיכך, הלפטון האלקטרוני הוא הכפילה החלשה של האלקטרון והאלקטרונים-נייטרינו.

לבוסונים מסתובב חלקיק השווה למספר שלם (מספרים שלמים כמו 1, 2, 3 וכן הלאה). חלקיקים אלה מתווכים את הכוחות הבסיסיים של הפיזיקה תחת תיאוריות שדה קוונטי.

• פוטון
• * בוסון
• ז בוסון
• גלון
• היגס בוסון
• גרביטון

הדרונים הם חלקיקים המורכבים מקווארקים מרובים קשורים זה לזה, כך שהסיבוב שלהם הוא ערך שלם שלם וחצי. הדרונים מחולקים ל מזונים (שהם בוזונים) ובריונים (שהם פרמיונים).

• מזונים
• בריונס
• גרעינים
• היפרונים: חלקיקים קצרי מועד המורכבים מקווארקים מוזרים

מולקולות הן מבנים מורכבים המורכבים מכמה אטומים הקשורים זה לזה. אבן הבניין הכימית הבסיסית של החומר, האטומים מורכבים מאלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים. פרוטונים ונויטרונים הם גרעינים, סוג הבריון המהווים יחד את החלקיק המורכב שהוא הגרעין של אטום. המחקר כיצד אטומים קשורים זה לזה ליצירת מבנים מולקולריים שונים הוא הבסיס למודרני כימיה.

זה יכול להיות קשה לשמור על כל השמות ישר בפיזיקת החלקיקים, ולכן יכול להיות מועיל לחשוב על עולם החי, שם שמות מובנים כאלה עשויים להיות מוכרים ואינטואיטיביים יותר. בני אדם הם פרימטים, יונקים וגם חוליות. באופן דומה, פרוטונים הם נוקלאונים, בריונים, הדרונים, וגם פרמיונים.

ההבדל המצער הוא שהתנאים נוטים להישמע זה לזה. למשל, בוזונים ובריונים מבלבלים זה הרבה יותר קל מאשר פרימטים וחסרי חוליות מבלבלים. הדרך היחידה להפריד באמת בין קבוצות החלקיקים השונות הללו היא פשוט ללמוד אותם בזהירות ולנסות להיזהר באיזה שם משתמשים.

נערך על ידי אן מארי הלמנסטין, ד.