素粒子物理学は、素粒子、つまり原子を構成する粒子の研究を扱う物理学のサブフィールドです。 20世紀初頭には、物質の最小成分であると考えられていた原子がさらに小さな粒子で構成されていることを示唆する多くの実験的ブレークスルーが行われました。 これを説明するために新しい理論が考案され（素粒子物理学の標準モデルなど）、多くの新しい実験が設計されました（ 粒子加速器などの装置）を使用すると、原子を構成する粒子が分解される可能性があることが徐々に明らかになりました。 さらに。 このような粒子の2つの例は、クォークとレプトンです。これらのタイプの粒子には多くの共通点がありますが、それらの違いはしばしば顕著です。
クォークとレプトンはどちらも素粒子です
クォーク（ノーベル賞を受賞したマレー・ゲルマンは、ジェイムズ・ジョイスの「フィネガンズ・ウェイク」という本の引用にちなんで名付けられました）とレプトンは、現在存在する最も基本的な粒子であると考えられています。 つまり、それらをさらに構成粒子に分解することはできません。 クォークとレプトンもそれ自体が粒子ではありません。 むしろ、それぞれが6つのメンバーを含む粒子のファミリーを指します。 クォークファミリーの粒子は、上、下、上、下、チャーム、ストレンジクォークで構成されていますが、 レプトンは、電子、電子ニュートリノ、ミューオン、ミューニュートリノ、タウ、タウニュートリノで構成されています。 粒子。 各粒子に関連する反粒子もあり、反粒子は対応する粒子の反対側の鏡である（例えば、反対の電荷を有する）。
レプトンには整数の電荷があります。 クォークは分数の電荷を持っています
レプトンは、いずれかの基本電荷単位の電荷を持っています（単一の電荷として定義されます 電子）、電子の場合、ミューオンまたはタウ、または電荷なし、対応する場合 ニュートリノ。 一方、クォークはそれぞれ分数電荷を持っています（クォークに応じて+/- 1/3または+/- 2/3）。 これらのクォークがグループ化されると、それらの電荷の合計は常に整数の電荷になります。 たとえば、2つのアップクォークと1つのダウンクォーク（それぞれ+2/3と-1/3の電荷を持つ）をグループ化すると、電荷の合計は+1になり、新しい粒子が作成されます。 この新しい粒子は、原子核の主成分の1つである陽子です。
レプトンは自由に存在できます。 クォークはできません
クォークはすべて分数の電荷を持っていますが、クォークが自然界に自由に存在することは決してありません。 これは「強い力」として知られる基本的な力によるものです。 によって媒介される強い力 グルーオンと呼ばれる力を運ぶ粒子は、原子核内で作用し、クォークを1つに引き付け続けます 別の。 クォーク間の力は、クォークが離れるにつれて増加し、自由なクォークが検出されないようにします。 クォークとグルーオンの相互作用に特化した研究分野は、量子色力学（QCD）と呼ばれます。 一方、レプトンは非常に「独立した」粒子であり、分離することができます。
クォークとレプトンは異なる基本的な力の影響を受けます
自然界には4つの基本的な力があります：強い力（原子核とクォークを一緒に保持する）、弱い力（ 放射性崩壊）、電磁力（原子をまとめるのに役立ちます）および重力（質量またはエネルギーを持った物体に作用します） 宇宙）。 クォークはすべての基本的な力の影響を受けます。 一方、レプトンは強い力を除いてすべての力を受けます。 これは、強い力の範囲が非常に短く、通常は原子核の範囲よりも小さいためです。 したがって、強い力は一般的にこの領域に限定されます。 一方、弱い電磁力と重力は、強い力よりもはるかに長い距離にわたって作用する可能性があります。