Cząstki elementane.

Okolo 1900 roku ludzie mysleli o atomach jako o malych kuleczkach. Ale fakt, ze atomy moga byc sklasyfikowane wedlug ich wlasnosci chemicznych (jak w ukladzie okresowym) sugeruje, ze atomy nie sa czastkami elementarnymi. Oprocz tego eksperymenty uzywajace innych czastek jako probnikow i pozwalajace "zajrzec" do wnetrza atomu pokazuja, ze atomy maja strukture i nie sa po prostu jednolitymi kuleczkami. Te doswiadczenia pozwolily ustalic, ze atomy posiadaja dodatnio naladowane ciezkie jadro otoczone chmura elektronow (e). Wiele lat pozniej uczeni odkryli, ze jadro atomu jest zbudowane z protonow (p) oraz z neutronow (n). Okazuje sie, ze nawet protony i neutrony nie sa czastkami elementarnymi -- sa one zbudowane z jeszcze bardziej fundamentalnych czastek zwanych kwarkami. Obecnie fizycy uwazaja, ze wlasnie kwarki i elektrony sa tymi najbardziej fundamentalnymi skladnikami materii. W dodatku, wszystkie czastki (protony, neutrony, kwarki i elektrony) sa w ciaglym ruchu. Wiemy z cala pewnoscia, ze kwarki i elektrony sa mniejsze niz 10 do potegi -18 metra, jest wiec mozliwe ze nie maja one w ogole zadnego rozmiaru. Jest tez mozliwe, ze kwarki i elektrony nie sa czastkami elementarnymi, ale zbudowane sa z jeszcze mniejszych czasteczek. Podsumowujac, wiemy ze atomy sa zbudowane z protonow, neutronow i elektronow. Protony i neutrony sa zbudowane z kwarkow, ktore byc moze sa zbudowane z jeszcze bardziej podstawowych czastek... Aby zrozumiec jak zbudowany jest wszechswiat fizycy wciaz poszukuja nowych rodzajow czastek i oddzialywan. Zastanawiaja sie tez, czy te czastki ktore aktualnie uwazane sa za elementarne, sa rzeczywiscie elementarne. Fizycy odkryli okolo 200 czastek (wiekszosc z nich nie jest czastkami elementarnymi, choc tak kiedys je nazywano). Fizycy stworzyli teorie, zwana Modelem Standardowym, ktora opisuje materie oraz wszystkie sily we wszechswiecie (z wyjatkiem grawitacji). Potrafi ona wyjasnic skomplikowane procesy oraz budowe i wlasnosci setek czastek przy pomocy kilku tylko czastek elementarnych i oddzialywan pomiedzy nimi.. I w tym tkwi jej piekno. Czastki przenoszace oddzialywania: Kazde elementarne oddzialywanie jest "przenoszone" przez czastke (przykladem moze byc foton). Czastki materii: Wedlug Modelu Standardowego wiekszosc znanych nam czastek jest zbudowana z kilku elementarnych obiektow zwanych kwarkami. Istnieje takze inna klasa elementarnych czastek materii zwanych leptonami (przykladem moze byc elektron). Tak wiec istnieja dwa rodzaje czastek: czastki ktore sa materia (jak elektrony, protony, neutrony i kwarki) oraz czastki, ktore przenosza oddzialywania (jak fotony). W Modelu Standardowym budowa wszystkich zaobserwowanych czastek moze byc opisana przy uzyciu: 6 rodzajow leptonow 6 rodzajow kwarkow, oraz... Czastek przenoszacych oddzialywania Pierwsza grupa czastek materii, ktora sie zajmiemy sa leptony. Istnieje szesc leptonow, trzy z nich maja ladunek elektryczny, a trzy pozostale sa neutralne. Najlepiej znanym naladowanym leptonem jest elektron (e). Pozostale dwa naladowane leptony sa to mion (µ) oraz czastka tau ( ), ktore sa w zasadzie podobne do elektronu, poza tym ze maja duzo wieksza od niego mase. Naladowane leptony maja ujemny ladunek elektryczny. Pozostale trzy leptony sa to bardzo slabo oddzialujace neutrina ( ). Sa one elektrycznie obojetne i sa bezmasowe albo tez maja bardzo mala mase. Istnieje jeden typ neutrina dla kazdego typu naladowanego elektrycznie leptonu. Dla kazdego z szesciu leptonow istnieje antylepton posiadajacy taka sama mase ale przeciwny ladunek elektryczny. Leptony, jak niezalezne samotne koty, moga istniec bez towarzystwa innych czastek. W przeciwienstwie do nich kwarki wystepuja tylko w grupach. Jak dotad nie ma zadnych obserwacji wskazujacych na to, zeby leptony mialy jakikolwiek rozmiar lub strukture. Nastepne czastki ktorymi sie zajmiemy sa nazywane kwarkami. Istnieje szesc kwarkow, ale fizycy przewaznie mowia o trzech parach kwarkow: gorny/dolny (Up/Down), powabny/dziwny (Charm/Strange) i prawdziwy/piekny (True/Beauty lub Top/Bottom). Do kazdego kwarku istnieje kwark z antymaterii, czyli antykwark. Kwarki sa nietypowe pod wzgledem ładunku, gdyz posiadaja ulamkowy ladunek elektryczny 2/3 albo -1/3, w przeciwienstwie do elektronu (ladunek -1) czy protonu (ladunek +1). Kwarki posiadaja jeszcze inny rodzaj ladunku, zwany, ladunkiem kolorowym, ktory omowimy pozniej. Kwarki to interesujace czastki. Istnieje ciekawa historia dotyczaca odkrycia i nazw kwarkow. Chyba najslynniejszy z kwarkow, dlugo poszukiwany kwark top, zostal ostatnio odkryty. Dla Waszej rozrywki, moze zechcielibyscie sie zaznajomic z z modelem korkowym? Tak jak i stadnie zyjace slonie, kwarki wystepuja tylko w grupach z innymi kwarkami. Pojedynczy kwark ma ulamkowy ladunek elektryczny, ktory jednak nigdy nie jest obserwowany, gdyz kwarki nie wystepuja pojedynczo. Tworza one czastki zwane hadronami. Suma ladunku elektrycznego kwarkow tworzacych hadron jest zawsze calkowita. Pojedyncze kwarki posiadaja ladunek kolorowy, natomiast hadrony sa kolorowo obojetne. Bariony sa to hadrony zbudowane z trzech kwarkow (qqq). Na przyklad protony zbudowane sa z dwoch kwarkow gornych (up) i jednego dolnego (down) (uud), a neutrony skladaja sie z jednego kwarku gornego i dwoch dolnych (udd). Mezony zbudowane sa z jednego kwarku ( ) i jednego antykwarku ( ). Na przyklad ujemnie naladowany pion ( ) jest ( ).