რა განსხვავებაა კვარკებსა და ლეპტონებს შორის?

ნაწილაკების ფიზიკა არის ფიზიკის ქვესფერო, რომელიც ეხება ელემენტარული სუბატომიური ნაწილაკების - ატომების შემადგენელი ნაწილაკების შესწავლას. მე -20 საუკუნის დასაწყისში მრავალი ექსპერიმენტული მიღწევა განხორციელდა, რაც მიანიშნებდა, რომ ატომები, რომლებიც, როგორც ითვლებოდა, მატერიის ყველაზე პატარა კომპონენტი იყო, კიდევ უფრო მცირე ნაწილაკებისგან შედგებოდა. შეიქმნა ახალი თეორიები ამის ასახსნელად (მაგალითად, ნაწილაკების ფიზიკის სტანდარტული მოდელი), შეიქმნა მრავალი ახალი ექსპერიმენტი ( ტექნიკა, როგორიცაა ნაწილაკების ამაჩქარებლები) და თანდათან გაირკვა, რომ ატომების შემადგენელი ნაწილაკები შეიძლება დაშლილი იყოს უფრო. ასეთი ნაწილაკების ორი მაგალითია კვარკები და ლეპტონები და მიუხედავად იმისა, რომ ამ ტიპის ნაწილაკებს ბევრი საერთო აქვთ, მათი განსხვავებები ხშირად მკვეთრია.

კვარკები (დაასახელა ნობელის პრემიის ლაურეატმა მურეი გელ-მენმა ჯეიმს ჯოისის წიგნში "Finnegan's Wake") ანუ მათი დაშლა არ შეიძლება შემდგომ შემადგენელ ნაწილაკებად. კვარკები და ლეპტონები ასევე არ არიან თავად ნაწილაკები; უფრო მეტიც, ისინი ეხებიან ნაწილაკების ოჯახებს, რომელთაგან თითოეული შეიცავს ექვს წევრს. კვარკების ნაწილაკების ოჯახი შედგება ზემოთ, ქვემოთ, ზედა, ქვედა, მომხიბლავი და უცნაური ნაწილაკებისგან, ხოლო ლეპტონები შედგება ელექტრონისგან, ელექტრონის ნეიტრინოსგან, მუონისგან, მუონის ნეიტრინოსგან, ტაუსგან და ტაუ ნეიტრინისგან ნაწილაკები. თითოეულ ნაწილაკთან ასოცირდება აგრეთვე ანტინაწილაკები, ანტისაწილაკი შესაბამისი ნაწილაკის საპირისპირო სარკეა (მაგალითად, საპირისპირო მუხტის მქონე).

ლეპტონებს აქვთ ელექტრული მუხტი ან ერთი ფუნდამენტური მუხტის ერთეული (განისაზღვრება როგორც ერთჯერადი მუხტი) ელექტრონი), ელექტრონის, მუონის ან ტაუს შემთხვევაში, ან დატენვის გარეშე, შესაბამისი შემთხვევაში ნეიტრინოები. კვარკებს, თითოეულს, აქვს ფრაქციული მუხტი (+/- 1/3 ან +/- 2/3, კვარკიდან გამომდინარე). როდესაც ეს კვარკები გაერთიანებულია ერთად, მათი ბრალდების ჯამი ყოველთვის უმატებს მთლიან მუხტს. მაგალითად, თუ ორი ზემოთ კვარკი და ერთი ქვეკვარკი (შესაბამისად +2/3 და -1/3 მუხტით) დაჯგუფებულია ერთად, ბრალდების ჯამი + 1-ს ემატება და იქმნება ახალი ნაწილაკი. ეს ახალი ნაწილაკი არის პროტონი, ატომური ბირთვის ერთ-ერთი მთავარი კომპონენტი.

მიუხედავად იმისა, რომ კვარკებს აქვთ ფრაქციული მუხტი, კვარკი ბუნებაში თავისუფლად არასდროს იარსებებს; ეს არის ფუნდამენტური ძალის გამო, რომელიც ცნობილია როგორც "ძლიერი ძალა". ძლიერი ძალა, რომელსაც შუამავლობენ ძალის მატარებელი ნაწილაკები, გლუონები, მოქმედებს ატომების ბირთვში და ინახავს კვარკებს სხვა კვარკებს შორის ძალა იზრდება მათი დაშორებისას, რაც უზრუნველყოფს თავისუფალი კვარკის არასოდეს გამოვლენას. კვარკებსა და გლუონებს შორის ურთიერთქმედებისადმი მიძღვნილ სასწავლო სფეროს კვანტური ქრომოდინამიკა (QCD) ეწოდება. ლეპტონები ძალიან "დამოუკიდებელი" ნაწილაკებია და მათი იზოლირება შესაძლებელია.

ბუნებაში არსებობს ოთხი ფუნდამენტური ძალა: ძლიერი ძალა (რომელიც ატარებს ატომურ ბირთვებს და კვარკებს ერთად), სუსტი ძალა (რომელიც პასუხისმგებელია რადიოაქტიური დაშლა), ელექტრომაგნიტური ძალა (რაც ხელს უწყობს ატომების გაერთიანებას) და გრავიტაციული ძალა (რომელიც მოქმედებს მასით ან ენერგიის მქონე ნებისმიერ ობიექტზე სამყარო). კვარკები ექვემდებარება ყველა ფუნდამენტურ ძალას; ლეპტონებს, ყველა ძალა ექვემდებარება, გარდა ძლიერი ძალისა. ეს იმიტომ ხდება, რომ ძლიერ ძალას აქვს ძალიან მოკლე დიაპაზონი, ტიპიურად უფრო მცირეა ვიდრე ატომური ბირთვი; ამიტომ ძლიერი ძალა ზოგადად შემოიფარგლება ამ არეალში. სუსტი, ელექტრომაგნიტური და გრავიტაციული ძალები, პირიქით, გაცილებით დიდ მანძილზე მოქმედებენ, ვიდრე ამას შეუძლია ძლიერი ძალა.