Fisica delle particelle è il sottocampo della fisica che si occupa dello studio delle particelle subatomiche elementari..--le particelle che costituiscono gli atomi. Nell'inizio del 20esimo secolo, sono state fatte molte scoperte sperimentali che ha suggerito che gli atomi, che si credevano di essere il più piccolo componente della materia, erano costituiti da particelle ancora più piccole. Nuove teorie sono state inventate per spiegare questo (come il modello Standard di particella fisica), molti nuovi esperimenti sono stati progettati (usando attrezzature come gli acceleratori di particelle) e gradualmente divenne chiaro che le particelle che compongono gli atomi possono essere suddivisi ulteriormente. Due esempi di tali particelle sono i quark e i leptoni, e mentre questi tipi di particelle hanno molto in comune, le loro differenze sono spesso austere.
I quark e i leptoni sono particelle fondamentali sia
(Nominato dal premio Nobel Murray Gell-Mann dopo una citazione nel libro "Di Finnegan's Wake" di James Joyce) di quark e leptoni sono attualmente ritenuti più particelle fondamentali che esistono; cioè, essi non possono essere suddivisi in ulteriori particelle costituenti. Quark e leptoni anche non sono essi stessi particelle; piuttosto, si riferiscono a famiglie di particelle, ciascuna contenente sei membri. La famiglia di quark delle particelle è costituito da: su, giù, superiore, inferiore, fascino e particelle strane, mentre i leptoni sono costituiti da particelle elettrone, neutrino dell'elettrone, muone, neutrino muonico, tau e neutrino tau. Ci sono anche antiparticelle associate a ciascuna particella, l'antiparticella di essere lo specchio di fronte della particella corrispondente (ad esempio avendo la carica opposta).
I leptoni hanno carica Integer; I quark hanno carica frazionaria
I leptoni hanno una carica elettrica di entrambi una carica fondamentale unità (definita come la carica di un singolo elettrone), nel caso dell'elettrone, muone o tau, o senza alcun costo, nel caso i corrispondenti neutrini. I quark, d'altra parte, ciascuno hanno frazionari oneri (+ /-1/3 o + /-2/3, a seconda il quark). Quando questi quark sono raggruppati insieme, la somma delle loro accuse sempre aggiunge fino a una carica di valore integer. Ad esempio, se due quark up e un quark down (con spese di + 2/3 e -1/3, rispettivamente) sono raggruppati insieme, la somma delle spese aggiunge fino a + 1, e viene creata una nuova particella. Questa nuova particella è il protone, uno dei principali componenti del nucleo atomico.
I leptoni possono esistere liberamente; I quark non possono
Mentre tutti i quark hanno una carica frazionaria, un quark non esisterà mai liberamente nella natura; Ciò è a causa di una forza fondamentale conosciuta come la "forza forte". La forza forte, mediata dalla forza-trasportare particelle chiamate gluoni, agisce all'interno del nucleo di atomi e mantiene i quark attirati l'uno da altra. La forza tra i quark aumenta man mano che si allontanano, assicurando che un quark libero non viene mai rilevato. Il campo di studio dedicato alle interazioni tra quark e gluoni è chiamato cromodinamica quantistica (QCD). I leptoni, d'altra parte, sono particelle molto "indipendente" e sono possono essere isolati.
I quark e i leptoni sono soggetti a diverse forze fondamentali
Ci sono quattro forze fondamentali della natura: la forza forte (che tiene insieme i nuclei atomici e Quark), la forza debole (che è responsabile del decadimento radioattivo), la forza elettromagnetica (che aiuta a mantiene gli atomi insieme) e la forza di gravità (che agisce qualsiasi oggetto con massa o energia nell'universo). I quark sono soggetti a tutte le forze fondamentali; i leptoni, d'altra parte, sono soggetti a tutte le forze tranne la forza forte. Questo è perché la forza forte ha una gamma molto breve, in genere inferiore a quella di un nucleo atomico; di conseguenza, la forza forte è limitata generalmente a questa zona. Le forze deboli, elettromagnetiche e gravitazionali, d'altra parte, possono agire sopra una distanza molto maggiore rispetto a forza forte.