Dalelių fizika yra fizikos sritis, kurioje nagrinėjamos elementarios subatominės dalelės - dalelės, sudarančios atomus. 20-ojo amžiaus pradžioje buvo padaryta daugybė eksperimentinių proveržių, leidžiančių manyti, kad atomai, kurie, manoma, yra mažiausias materijos komponentas, susideda iš dar mažesnių dalelių. Tam buvo sukurtos naujos teorijos (pavyzdžiui, standartinis dalelių fizikos modelis), sukurta daug naujų eksperimentų (naudojant įranga, tokia kaip dalelių greitintuvai) ir palaipsniui paaiškėjo, kad dalelės, sudarančios atomus, gali būti suskaidytos net toliau. Du tokių dalelių pavyzdžiai yra kvarkai ir leptonai, ir nors šių tipų dalelės turi daug bendro, jų skirtumai dažnai būna ryškūs.
Kvarkai ir leptonai yra pagrindinės dalelės
Šiuo metu manoma, kad kvarkai (kuriuos Nobelio premijos laureatas Murray Gell-Mannas pavadino pagal Jameso Joyce'o knygos „Finnegan's Wake“ citatą) ir leptonai yra pačios svarbiausios dalelės; tai yra, jų negalima suskaidyti į kitas sudedamąsias daleles. Kvarkai ir leptonai taip pat nėra dalelės; veikiau jie nurodo dalelių šeimas, kurių kiekvienoje yra šeši nariai. Kvarko dalelių šeimą sudaro aukštyn, žemyn, viršuje, apačioje, žavesyje ir keistose dalelėse leptonai susideda iš elektrono, elektronų neutrino, miono, miono neutrino, tau ir tau neutrino dalelės. Su kiekviena dalele taip pat yra antidalelių, kurios yra veidrodis priešingas atitinkamai daliai (pvz., Turi priešingą krūvį).
Leptonai turi sveiką mokestį; Kvarkai turi trupmeninį krūvį
Leptonai turi vieno iš pagrindinių įkrovos vienetų elektrinį krūvį (apibrėžtą kaip vieno krūvio įkrovą) elektronas), jei tai yra elektronas, muonas ar tau, arba be jokio krūvio, jei yra atitinkamas neutrinai. Kita vertus, kvarkai turi dalinį krūvį (+/- 1/3 arba +/- 2/3, priklausomai nuo kvarko). Kai šie kvarkai yra sugrupuoti, jų krūvių suma visada pridedama prie sveiko skaičiaus. Pvz., Jei du aukštyn ir vienas žemyn kvarkai (kurių krūviai yra atitinkamai +2/3 ir -1/3) yra sugrupuoti, krūvių suma sudaro +1 ir sukuriama nauja dalelė. Ši nauja dalelė yra protonas, vienas iš pagrindinių atomo branduolio komponentų.
Leptonai gali laisvai egzistuoti; Kvarkai negali
Nors visi kvarkai turi dalinį krūvį, gamtoje kvarkas niekada laisvai neegzistuos; taip yra dėl pagrindinės jėgos, vadinamos „stipria jėga“. Stipri jėga, kuriai tarpininkauja jėgą nešančios dalelės, vadinamos gluonais, veikia atomų branduolyje ir išlaiko kvarkus kitas. Jėga tarp kvarkų didėja jiems judant atskirai, užtikrinant, kad laisvas kvarkas niekada neaptinkamas. Tyrimo sritis, skirta kvarkų ir gluonų sąveikai, vadinama kvantine chromodinamika (QCD). Kita vertus, leptonai yra labai „nepriklausomos“ dalelės ir juos galima izoliuoti.
Kvarkams ir leptonams priklauso skirtingos pagrindinės jėgos
Gamtoje yra keturios pagrindinės jėgos: stipri jėga (kuri kartu laiko atomo branduolius ir kvarkus), silpna jėga (atsakinga už radioaktyvus skilimas), elektromagnetinę jėgą (kuri padeda išlaikyti atomus kartu) ir gravitacinę jėgą (veikiančią bet kurį objektą, kurio masė ar energija yra visata). Kvarkai yra veikiami visų pagrindinių jėgų; Kita vertus, leptonai yra veikiami visų jėgų, išskyrus stiprią jėgą. Taip yra todėl, kad stiprios jėgos diapazonas yra labai mažas, paprastai mažesnis už atominio branduolio; todėl stipri jėga paprastai apsiriboja šia sritimi. Kita vertus, silpnos, elektromagnetinės ir gravitacinės jėgos gali veikti daug didesniu atstumu nei stipri jėga.