Conţinut
- Quarkurile și leptonii sunt ambele particule fundamentale
- Leptonii au o taxă integrală; Quark-urile au sarcină fracțională
- Leptonii pot exista liber; Quarks nu poate
- Quarkurile și leptonii sunt supuși unor forțe fundamentale diferite
Fizica particulelor este sub-câmpul fizicii care se ocupă cu studiul particulelor subatomice elementare - particulele care alcătuiesc atomii. La începutul secolului XX, s-au făcut multe descoperiri experimentale care sugerează că atomii, despre care se credea a fi cea mai mică componentă a materiei, erau alcătuiți din particule și mai mici. Au fost concepute noi teorii pentru a explica acest lucru (cum ar fi Modelul standard al fizicii particulelor), multe noi experimente au fost proiectate (folosind echipamente precum acceleratoarele de particule) și a devenit treptat clar că particulele care formează atomi pot fi defalcate și mai departe. Două exemple de astfel de particule sunt quarkurile și leptonele, iar în timp ce aceste tipuri de particule au multe în comun, diferențele lor sunt adesea accentuate.
Quarkurile și leptonii sunt ambele particule fundamentale
Quarks (numit de câștigătorul premiului Nobel Murray Gell-Mann după un citat din cartea „Finnegans Wake” de James Joyce) și leptonii sunt în prezent considerate a fi cele mai fundamentale particule care există; adică nu pot fi defalcate în alte particule constitutive. Quark-urile și leptonele nu sunt, de asemenea, particule; mai degrabă, se referă la familii de particule, fiecare conținând șase membri. Familia de particule de quark este formată din sus, jos, sus, jos, farmec și particule ciudate, în timp ce leptonele constau din electroni, neutrino electron, muon, neuton muon, tau și particule neutru tau. Există, de asemenea, antiparticule asociate cu fiecare particulă, antiparticulul fiind oglinda opusă particulei corespunzătoare (de exemplu, având sarcina opusă).
Leptonii au o taxă integrală; Quark-urile au sarcină fracțională
Leptonii au o sarcină electrică a fiecărei unități de încărcare fundamentală (definită ca sarcina unui singur electron), în cazul electronului, muonului sau tau-ului, sau fără sarcină, în cazul neutrinilor corespunzători. Pe de altă parte, quark-urile au sarcini fracționale (+/- 1/3 sau +/- 2/3, în funcție de quark). Când aceste quarkuri sunt grupate, suma taxelor lor se adaugă întotdeauna la o taxă întreagă. De exemplu, dacă doi quark în sus și un quark în jos (cu sarcini de +2/3 și, respectiv, -1/3) sunt grupate, suma încărcărilor se ridică la +1 și se creează o particulă nouă. Această nouă particulă este protonul, una dintre componentele majore ale nucleului atomic.
Leptonii pot exista liber; Quarks nu poate
În timp ce quark-urile au toate o încărcare fracțională, un quark nu va exista niciodată în natură în mod liber; aceasta se datorează unei forțe fundamentale cunoscute sub numele de „forța puternică”. Forța puternică, care este mediată de particulele purtătoare de forță numite gluoni, acționează în nucleul atomilor și menține quark-urile atrase unele de altele. Forța dintre quark crește pe măsură ce se îndepărtează, asigurându-se că un quark liber nu este niciodată detectat. Câmpul de studiu dedicat interacțiunilor dintre quark și gluoni se numește cromodinamică cuantică (QCD). Leptonii, pe de altă parte, sunt particule foarte „independente” și pot fi izolate.
Quarkurile și leptonii sunt supuși unor forțe fundamentale diferite
Există patru forțe fundamentale în natură: forța puternică (care ține nucleele atomice și quark-urile împreună), forța slabă (care este responsabilă de descompunerea radioactivă), forța electromagnetică (care ajută la menținerea atomilor împreună) și forța gravitațională (care acționează) orice obiect cu masă sau energie din univers). Quark-urile sunt supuse tuturor forțelor fundamentale; leptonele, pe de altă parte, sunt supuse tuturor forțelor, cu excepția forței puternice. Acest lucru se datorează faptului că forța puternică are un interval foarte scurt, de obicei mai mic decât cel al unui nucleu atomic; prin urmare, forța puternică se limitează în general la această zonă. Forțele slabe, electromagnetice și gravitaționale, pe de altă parte, pot acționa pe o distanță mult mai mare decât poate forța puternică.