Cząstki Elementarne

CZĄSTKI ELEMENTARNE, obiekty, których istnienie i wzajemne oddziaływanie pozwala wyjaśnić formy występowania i zachowania się materii. W węższym znaczeniu do cząstek elementarnych zalicza się obiekty nie mające struktury wewn.: leptony, kwarki oraz bozony pośredniczące w oddziaływaniach; w szerszym znaczeniu (hist.) — wszystkie cząstki subjądrowe. Cząstki elementarne są źródłami pól (pole fizyczne), za pośrednictwem których oddziałują między sobą. Znane są 4 rodzaje oddziaływań: silne, słabe, elektromagnet. i grawitacyjne. Ze względu na oddziaływania, w których uczestniczą, cząstki elementarne będące źródłami pól dzieli się na hadrony (biorą udział we wszystkich oddziaływaniach, są zbud. z kwarków, np. proton z kwarków uud, neutron — ddu, mezon K+ — u , K– — ūs; , ū — antykwarki) oraz leptony (nie biorą udziału w oddziaływaniach silnych). Większość znanych cząstek elementarnych jest nietrwała, rozpada się w czasie krótszym niż 10–6 s, najkrócej żyjące cząstki, tzw. rezonanse, mają czas życia rzędu 10–21 –10–24 s. Rozmiary cząstek elementarnych są rzędu 10–15 m (hadrony) lub mniejsze niż 10–17 m (leptony). Masy cząstek elementarnych są zawarte między 0,51 MeV (elektron) a 11,02 GeV (mezon Y). Ładunki cząstek elementarnych są skwantowane i wynoszą –2e, –e, 0, e, 2 e (ładunki kwarków –1/3e, +2/3 e, odpowiednich antykwarków odwrotnie), gdzie e jest ładunkiem elektronu. Cząstki elementarne o spinie połówkowym nazywa się fermionami — należą do nich leptony i bariony, zaś cząstki elementarne o spinie całkowitym — bozonami, do których należą mezony. Oddzielną grupę cząstek elementarnych stanowią cząstki przenoszące oddziaływania (kwanty oddziaływania). Cząstkami takimi są: foton — przenoszący oddziaływania elektromagnet., grawiton — kwant oddziaływań grawitacyjnych, bozony W±, Z 0 — bozony pośredniczące oddziaływań słabych, oraz gluony — kwanty oddziaływań silnych. Grawiton powinien mieć spin 2, pozostałe kwanty oddziaływań mają spin 1. Foton znany jest od dawna; 1983 odkryto bozony W± i Z0, również istnienie gluonów uważa się obecnie za udowodnione na podstawie wyników doświadczeń nad oddziaływaniem cząstek elementarnych; istnienie grawitonu jest b. prawdopodobne.
Źródłem informacji o cząstkach elementarnych jest badanie zderzeń cząstek elementarnych przy wysokich energiach. Źródłem wysokoenerg. cząstek są akceleratory cząstek naładowanych oraz promieniowanie kosmiczne. Głównymi ośr. badań cząstek elementarnych rozporządzającymi akceleratorami o najwyższych energiach są: Fermi National Accelerator Laboratory w Batavii (USA), Eur. Centrum Badań Jądr. (CERN) w Genewie, Ośr. Badań Jądr. w Sierpuchowie, Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) w Hamburgu oraz Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) w Stanford. Pierwszą odkrytą cząstką elementarną był elektron (J.J. Thomson, 1897); do 1932 jedynymi znanymi cząstkami elementarnymi, oprócz elektronu, były foton i proton. Od 1932, kiedy został odkryty neutron (J. Chadwick) i pozyton (C.D. Anderson), datuje się szybki rozwój badań nad cząstkami elementarnymi, a w jego następstwie — odkrycie mezonów, hiperonów, neutrin i wielu antycząstek.