Parçacık fiziği, atomları oluşturan parçacıklar olan temel atom altı parçacıkların incelenmesiyle ilgilenen fiziğin alt alanıdır. 20. yüzyılın başlarında, maddenin en küçük bileşeni olduğuna inanılan atomların daha da küçük parçacıklardan oluştuğunu öne süren birçok deneysel atılım yapıldı. Bunu açıklamak için yeni teoriler tasarlandı (Parçacık Fiziğinin Standart Modeli gibi), birçok yeni deney tasarlandı (kullanarak parçacık hızlandırıcılar gibi ekipmanlar) ve atomları oluşturan parçacıkların parçalanabileceği bile yavaş yavaş anlaşıldı. Daha ileri. Bu tür parçacıkların iki örneği kuarklar ve leptonlardır ve bu tür parçacıkların pek çok ortak noktası olsa da, farklılıkları genellikle belirgindir.
Kuarklar ve Leptonlar Hem Temel Parçacıklardır
Kuarklar (James Joyce'un "Finnegan's Wake" kitabından bir alıntıdan sonra Nobel ödüllü Murray Gell-Mann tarafından adlandırılmıştır) ve leptonların şu anda var olan en temel parçacıklar olduğuna inanılmaktadır; yani, başka kurucu parçacıklara bölünemezler. Kuarklar ve leptonların kendileri de parçacık değildir; daha ziyade, her biri altı üye içeren parçacık ailelerine atıfta bulunurlar. Kuark parçacık ailesi yukarı, aşağı, üst, alt, çekicilik ve garip parçacıklardan oluşurken, leptonlar elektron, elektron nötrino, müon, müon nötrino, tau ve tau nötrinodan oluşur parçacıklar. Ayrıca her parçacıkla ilişkili antiparçacıklar vardır, karşıparçacık, karşılık gelen parçacığın karşısındaki aynadır (örneğin, zıt yüke sahiptir).
Leptonların Tam Sayı Yükü Vardır; Kuarkların Kesirli Yükü Vardır
Leptonlar, bir temel yük biriminden birinin elektrik yüküne sahiptir (tek bir birimin yükü olarak tanımlanır). elektron), elektron durumunda müon veya tau veya karşılık gelen durumda yüksüz nötrinolar. Öte yandan kuarkların her biri kesirli yüklere sahiptir (kuarka bağlı olarak +/- 1/3 veya +/- 2/3). Bu kuarklar birlikte gruplandırıldığında, yüklerinin toplamı her zaman bir tamsayı yüke eşittir. Örneğin, iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark (sırasıyla +2/3 ve -1/3 yükleriyle) birlikte gruplanırsa, yüklerin toplamı +1'e ulaşır ve yeni bir parçacık oluşturulur. Bu yeni parçacık, atom çekirdeğinin ana bileşenlerinden biri olan protondur.
Leptonlar Serbest Olarak Var Olabilir; kuarklar yapamaz
Kuarkların hepsinin kesirli bir yükü olsa da, kuark doğada asla özgürce var olmayacaktır; bunun nedeni "güçlü kuvvet" olarak bilinen temel bir kuvvettir. Aracılık ettiği güçlü kuvvet Gluon adı verilen kuvvet taşıyan parçacıklar, atomların çekirdeği içinde hareket eder ve kuarkları bir atoma çeker. bir diğeri. Kuarklar birbirinden uzaklaştıkça, kuarklar arasındaki kuvvet artar, bu da serbest bir kuarkın asla tespit edilmemesini sağlar. Kuarklar ve gluonlar arasındaki etkileşimlere ayrılmış çalışma alanına kuantum renk dinamiği (QCD) denir. Leptonlar ise çok "bağımsız" parçacıklardır ve izole edilebilirler.
Kuarklar ve Leptonlar Farklı Temel Kuvvetlere Tabidir
Doğada dört temel kuvvet vardır: kuvvetli kuvvet (atom çekirdeğini ve kuarkları bir arada tutan), zayıf kuvvet (bu kuvvetten sorumludur. radyoaktif bozunma), elektromanyetik kuvvet (atomları bir arada tutmaya yardımcı olan) ve yerçekimi kuvveti (kütlesi veya enerjisi olan herhangi bir nesneye etki eden) Evren). Kuarklar tüm temel kuvvetlere tabidir; leptonlar ise kuvvetli kuvvet hariç tüm kuvvetlere tabidir. Bunun nedeni, güçlü kuvvetin çok kısa bir menzile sahip olması, tipik olarak bir atom çekirdeğinden daha küçük olmasıdır; bu nedenle, güçlü kuvvet genellikle bu alanla sınırlıdır. Zayıf, elektromanyetik ve yerçekimi kuvvetleri ise, güçlü kuvvetten çok daha büyük bir mesafe üzerinde etki edebilir.