Elementaarosakesed (0)

Elementaarosakesed
Osakesed, millel puudub meile teadaolevalt alamstruktuur. Elementaarosakesi klassifitseeritakse nende spinni järgi. Spinn  (tähis s) on elementaarosakese sisemine omaimpulsimoment (ka pöördimpulss ehk liikumishulga moment). Elementaarosakesed jagunevad kaheks fundamentaalklassiks: fermionid (mateeria osakesed) ja bosonid (jõu osakesed).

Fermionid

Osakesed, mis alluvad  Fermi-Diraci statistikale. See statisitka kirjeldab põhimõtteliselt eristamatutest poolespinnilistest elementaarosakestest  koosnevaid süsteeme. Fermionide jaoks kehtib Pauli keeluprintsiip. Üldisemalt väidab Pauli printsiip, et kaks identset fermioni (poolarvulise spinniga osakest) ei saa jagada sama kvantolekut. Fermionide alla kuuluvad kvargid ja leptonid ja ka liitosakesed nagu barüonid, paaritu massiarvuga aatomituumad (nt triitium , heelium-3) ja nukleotiidid . Kõigi tuntud elementaarsete fermionide spinn on 1/2. Fermionid on mateeriale põhjapnevad ehituskivid. Standardmudelis on 12 fermioni: 6 kvarki ja 6 leptoni. Standardmudel klassifitseerib kõik teadaolevad elementaarosakesed.

Kvargid

Kvargid on fundamentaalsed nullist erineva massiga osakesed, mis seniste katsete andmetel on sisemise struktuurita ja punktikujulised. Kvargid alluvad tugevale interaktsioonile ning vastavaltkvarkmudelile on kvargid barüonide ja mesonite koostisosadeks, mis on tugevaim teadaolev elementaarosakeste interaktsioon e. vastastikmõju. Kvargid esinevad alati koos teiste kvarkide või antikvarkidega, mitte kunagi üksinda. Katsetes kiirenditega on püütud küll kvarke barüonidest välja lüüa, kuid see pole õnnestunud. Püüdes kvarki barüonist välja lüüa, muutub kvarkidevaheline jõud algul tugevamaks, seejärel jääb muutumatuks. See tähendab, et kvargid on igaveses vangistuses (nende vabastamiseks kuluks lõpmata palju energiat), seda seisundit nimetataksegi kvarkvangistuseks. Kvarke on teada 6 ning igale kvargile vastab ka antikvark . Aatomituumades olevate prootonite ja neutronite moodustamiseks on vaja ainult kahte tüüpi kvarke – u- ja d-kvarke – kolmekaupa (nt prootoni kvarkkoostis on uud, neutronil udd). Kvark koos antikvargiga on mesonite koostisosadeks. Barüonides on lisaks u- ja d-kvarkidele, mis on kvarkide hulgas kergeimad, ka raskemad kvargid – c-, s- ja b-kvargid (barüonide koostises on need viis kvarki erinevates kombinatsioonides kolmekaupa). Kõige raskemaks kvargiks on 1995. aastal avastatud t-kvark.

Spinn
Elektri-
laeng
Koostiskvargi
seisumass (MeV)
S
veidrus
c
sarm
b
ilu
t
tõde
B
barüonlaeng
u up
1/2
2/3
4
0
0
0
0
1/3
d down
1/2
-1/3
7
0
0
0
0
1/3
c charm
1/2
2/3
1500
0
1
0
0
1/3
s strange
1/2
-1/3
150
-1
0
0
0
1/3
t top
1/2
2/3
180000
0
0
0
1
1/3
b bottom
1/2
-1/3
4300
0
0
-1
0
1/3
Kvarki kui gluuonvälja allikat iseloomustab ka spetsiifiline tugeva interaktsiooni laeng - värvilaeng. Värvilaeng on kvarke ja gluuoneid iseloomustav kvantarv .Kõik kvargid esinevad kolmel võrdväärsel kujul, vastavalt kolme eri laenguga – punane (P), kollane (K) ja sinine (S). Antikvarkide värvilaengud (nagu kõik teisedki laengud) on vastasmärgilised (antipunane , antikollane , antisinine ).

Leptonid

Leptonid on tugevale interaktsioonile mittealluvad elementaarosakesed. Leptonid on spinniga ½. Leptonid võivad olla elektrilaenguga või neutraalsed. Laenguga leptoniteks on elektron , müüon ja tauon. Kõigil neil on negatiivne elektrilaeng ning nullist erinev seisumass. Seisumassiga osakestest on leptonid kergeimad. Laenguga leptonitest kõige kergemad on elektronid - nende mass on umbes 0,0005 prootoni massi. Võrreldes elektronidega on müüonite mass on umbes 200 korda suurem, tauonite mass aga ligi 3700 korda suurem kui elektronidel. Igal laenguga leptonil on neutraalne (st elektrilaenguta) partner – neutriino (vastavalt elektron-, müü- ja tauneutriino), mis seniste andmete kohaselt on massita. Kõigil leptonitel on neile vastav antilepton. Antiosakese mass on täpselt võrdne osakese omaga , kõik kvantarvud on antiosakesel vastasmärgilised.

Bosonid

Bosonid on täisarvulise spinniga (s = 0, 1, 2, ...) Bose-Einsteini statistikale alluvad osakesed. Erinevalt fermionidest ei kehti bosonitele Pauli keeluprintsiip, seega võib igas kvantolekus olla korraga suvaline arv bosoneid. Bosonite hulka kuuluvad vastastikmõjude ülekandjad ( footon , graviton, gluuon , nõrgad vahebosonid), mesonid , paaris massiarvuga  tuumad (nt heelium-4)

Footon

Footon on elektromagnetilist interaktsiooni vahendav stabiilne osake. Footon on tõeliselt neutraalne elementaarosake , mille seisumass on 0 (footon eksisteerib ainult valguse kiirusega liikudes) ja spinn 1.

Gluuon

Gluuonid on elektriliselt neutraalsed osakesed, mille spinn on 1 ja seisumass 0 (katseliselt pole seda veel tõestatud). Gluuonid on kvarkidevahelise tugeva interaktsiooni vahendajateks, samas on gluuonid värvilaengust tingitult ka omavahelises interaktsioonis (kvarke kaasamata). Iga gluuon kannab korraga üht värvilaengut (punane P, sinine S või kollane K) ja üht antivärvilaengut (antipunane , antisinine või antikollane ). Gluuonid ei osale elektromagnetilises ja nõrgas interaktsioonis. Gluuonite omavaheline mõju realiseerub gluuonvälja kaudu. Vabu gluuoneid avastatud ei ole ja oletatakse, et nad vabalt eksisteerida ei saagi (nagu kvargidki)

Nõrgad vahebosonid

Vahebosonid on nõrga interaktsiooni vahendajad. W+ ja W- on elektrilaenguga vektorbosonid, Z0 neutraalne. Vahebosoneid W pole võimalik otseselt jälgida, küll aga on võimalik vaadelda vahebosoneid, mis tekivad aatomisiseste osakeste põrgetel piisavalt suure energia korral. Sellised W-bosonid lagunevad tavaliselt laenguga leptoniteks (elektroniks, müüoniks või tauoniks) ja vastavateks neutriinodeks (elektron-, müü- või tauneutriinoks)
Graviton - Graviton on hüpoteetiline osake, mis vahendab gravitatsioonilist interaktsiooni. Gravitoni spinn on 2, seisumass ja elektrilaeng 0. Analoogiliselt elektromagnetvälja vahendaja footoniga, saab ka graviton liikuda vaid valguse kiirusega.

Higgsi Boson

Higgsi boson  on osakestefüüsika standardmudelis esinev elementaarosake, mille olemasolu ennustas esimesena Peter Higgs. See kuulub elementaarosakeste klassi nimega bosonid, mida iseloomustab täisarvuline spinn. Higgsi väli on kvantväli, mille väärtus ei ole null ja mis täidab kogu ruumi. See seletab, miks on sellistel osakestel nagu kvargid ja elektronid mass. Higgsi boson oli kuni 2012. aastani ainuke standardmudeli avastamata osake (graviton ei ole standardmudeli osake). 4. juulil 2012 teatasid Suure Hadronite Põrgutiga töötavad teadlased, et avastasid elementaarosake massiga 125–127 GeV/c2 (gigaelektronvolti), mis tõenäoliselt on Higgsi boson.
Liitosakesed - liitosake omab sisemist struktuuri
Hadronid
Hadronid on tugevale interaktsioonile alluvad kvarkstruktuuriga elementaarosakesed. Hadronid jaotuvad spinnide järgi kahte suurde rühma: poolarvulise spinniga (1/2, 3/2) hadronid on barüonid ja täisarvulise spinniga (0, 1) mesonid. Hadroneid on kahte tüüpi: Barüonid, mis koosnevad kolmest kvargist (või kolmest antikvargist); Mesonid, mis koosnevad kvargist ja antikvargist

Mesonid

Mesonid on nullist erineva seisumassiga tugevale interaktsioonile alluvad elementaarosakesed. Vastavalt kvarkmudelile on mesonite koostises üks kvark ja üks antikvark. Kvarkide spinnid ja elektrilaengud annavad summeerides mesonite spinnid ja laengud. Vastavalt sellele võivad mesonid olla positiivse, negatiivse või neutraalse elektrilaenguga. Kaks 1/2-spinni annavad ühte ja samapidi liitudes spinni 1 (vektormesonid) ning vastupidiselt liitudes spinni 0 (skalaarmesonid)

Barüon

Barüon  on kvarkidest koosnev liitosake, mille barüonlaeng on 1 või (antibarüonidel) –1. Barüon on hadron ja koosneb tavaliselt kolmest kvargist. Kõige tuntumad barüonid on prooton ja  neutron , mis on ühtlasi ka nukleonid.

• Liitosakesena võib käsitleda ka aatomituuma või aatomit ennast