Klasyfikacja cząstek elementarnych


Obecnie znanych jest kilkaset różnych cząstek elementarnych, które dzieli się na kilka grup różniących się od siebie właściwościami i charakterem oddziaływań.

zestawienie wybranych cząstek elementarnych


Fermiony – bozony:

Wszystkie cząstki elementarne mają własny moment pędu, który nazwano spinem. Składowa spinu w dowolnym kierunku (na przykład w kierunku osi z) jest równa , gdzie ms = s, s-1,..., -s to magnetyczna spinowa liczba kwantowa, natomiast Sz jest spinową liczbą kwantową, która przyjmuje dodatnie wartości połówkowe (1/2, 3/2, 5/2,...) oraz nieujemne wartości całkowite (0,1,2,…).

Ze względu na spin cząstki elementarne podzielono na fermiony i bozony. Fermiony to cząstki o połówkowych wartościach spinowej liczby kwantowej. Należą do nich: proton, elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taunowe, sześć kwarków (każdy o trzech kolorach) oraz ich wszystkich odpowiednie antycząstki. Bozony zaś to cząstki, dla których spinowa liczba kwantowa jest zerem bądź dodatnią liczbą całkowitą. Bozonami są: fotony, bozony pośrednicząsce w oddziaływaniach słabych, osiem glonów i o ile istnieje także grawiton.

Fermiony podlegają zakazowi Pauliego, który mówi, że w danym stanie kwantowym może znajdować się tylko jedna cząstka. Bozony nie podlegają temu zakazowi. W danym stanie kwantowym może znaleźć się dowolna ich liczba. W związku z tym, że bozony nie podlegają zakazowi Pauliego, to dążą one do zajmowania stanu o najniższej możliwej energii. Taka własność bozonów pozwala na uzyskanie kondensatu, w którym wszystkie cząstki znajdują się w jednym stanie kwantowym o energii bliskiej zera.

Hadrony – leptony:

Kryterium tego podziału jest udział danych cząstek w oddziaływaniach silnych. Hadrony biorą udział w oddziaływaniach silnych, zaś leptony w nich nie uczestniczą. Do leptonów zaliczamy elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe oraz odpowiadające im antycząstki.

Hadrony dodatkowo podzielić można na mezony i bariony. Mezony to hadrony będące jednocześnie bozonami (piony, kaony). Są zbudowane z par kwark – antykwark. Bariony natomiast to hadrony będące jednocześnie fermionami (proton). Są zbudowane z trzech kwarków i charakteryzuje je tak zwana liczba barionowa.

Cząstka – antycząstka:

Każda cząstka elementarna posiada odpowiadającą jej antycząstkę. Cząstki, które tworzą parę cząstka – antycząstka mają identyczną masę, spin ale przeciwne ładunki elektryczne, dziwność, liczby barionowe oraz liczby leptonowe. O ile cząstki zbudowane są z kwarków, to ich antycząstki zbudowane są z antykwarków.

Kiedy cząstka elementarna spotyka swoją antycząstkę, to obydwie ulegają anihilacji, czyli cząstka i jej antycząstka znikają, a ich całkowita energia pojawia się pod inną postacią.

Antycząstki powstają w akceleratorach, w wysokoenergetycznych procesach, razem z cząstkami. Jeżeli w takich procesach powstanie cząstka, to musi jej towarzyszyć antycząstka. Pary cząstka – antycząstka powstają także w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z atmosferą (w ten sposób po raz pierwszy zaobserwowano pozytony) oraz mogą materializować się z wysokoenergetycznego promieniowania gamma (gdy energia kwantu gamma jest wystarczająca). Zbiór antycząstek nazywany jest antymaterią.

idź do spisu treści