Indhold
- Kvarker og leptoner er begge grundlæggende partikler
- Leptons har heltalopladning; Quarks har fraktioneret gebyr
- Leptoner kan eksistere frit; Quarks kan ikke
- Kvarker og leptoner er underlagt forskellige grundlæggende kræfter
Partikelfysik er fysikens underfelt, der beskæftiger sig med studiet af elementære subatomære partikler - de partikler, der udgør atomer. I begyndelsen af det 20. århundrede blev der foretaget mange eksperimentelle gennembrud, der antydede, at atomer, der antages at være den mindste bestanddel af stof, bestod af endnu mindre partikler. Nye teorier blev udtænkt for at forklare dette (såsom standardmodellen for partikelfysik), mange nye eksperimenter blev designet (ved hjælp af udstyr såsom partikelacceleratorer), og det blev gradvist klart, at partiklerne, der udgør atomer, kan nedbrydes endnu mere. To eksempler på sådanne partikler er kvarker og leptoner, og selvom disse typer partikler har meget til fælles, er deres forskelle ofte stærke.
Kvarker og leptoner er begge grundlæggende partikler
Quarks (navngivet af Nobelprisvinderen Murray Gell-Mann efter et citat i bogen "Finnegans Wake" af James Joyce) og leptoner antages i øjeblikket at være de mest grundlæggende partikler, der findes; det vil sige, de kan ikke opdeles i yderligere bestanddele. Kvarker og leptoner er heller ikke selv partikler; snarere henviser de til familier af partikler, der hver indeholder seks medlemmer. Kvarkfamilien af partikler består af op, ned, top, bund, charme og mærkelige partikler, mens leptoner består af elektron, elektronneutrino, muon, muon neutrino, tau og tau neutrino partikler. Der er også antipartikler associeret med hver partikel, hvor antipartiklen er spejlet modsat den tilsvarende partikel (for eksempel med den modsatte ladning).
Leptons har heltalopladning; Quarks har fraktioneret gebyr
Leptoner har en elektrisk ladning på enten en grundlæggende ladningsenhed (defineret som ladningen for en enkelt elektron) i tilfælde af elektron, muon eller tau eller ingen ladning i tilfælde af de tilsvarende neutrinoer. På den anden side har kvarker fraktionerede ladninger (+/- 1/3 eller +/- 2/3, afhængigt af kvarken). Når disse kvarker er samlet, tilføjer summen af deres ladninger altid en heltalafgift. Hvis for eksempel to op kvarker og en ned kvark (med ladninger på henholdsvis +2/3 og -1/3) er grupperet sammen, summerer summen af ladningerne sig til +1, og der oprettes en ny partikel. Denne nye partikel er protonen, en af hovedkomponenterne i atomkernen.
Leptoner kan eksistere frit; Quarks kan ikke
Mens kvarker alle har en brøkdel, vil en kvark aldrig eksistere i naturen; dette er på grund af en grundlæggende styrke, der kaldes den "stærke styrke." Den stærke kraft, der er formidlet af kraftbærende partikler kaldet gluoner, virker inden i atomernes kerne og holder kvarker tiltrukket af hinanden. Kraften mellem kvarkerne øges, når de bevæger sig fra hinanden, hvilket sikrer, at der aldrig opdages en fri kvark. Undersøgelsesområdet dedikeret til interaktioner mellem kvarker og gluoner kaldes kvante kromodynamik (QCD). Leptoner er på den anden side meget "uafhængige" partikler og kan isoleres.
Kvarker og leptoner er underlagt forskellige grundlæggende kræfter
Der er fire grundlæggende kræfter i naturen: den stærke kraft (som holder atomkerner og kvarker sammen), den svage kraft (som er ansvarlig for radioaktivt henfald), den elektromagnetiske kraft (som hjælper med at holde atomer sammen) og tyngdekraften (som virker ethvert objekt med masse eller energi i universet). Kvarker er underlagt alle de grundlæggende kræfter; leptoner er derimod underlagt alle kræfter undtagen for den stærke styrke. Dette skyldes, at den stærke kraft har en meget kort rækkevidde, typisk mindre end den for en atomkerne; derfor er den stærke styrke generelt begrænset til dette område. På den anden side kan de svage, elektromagnetiske og tyngdekræfter virke over en meget større afstand end den stærke kraft kan.