Elementarne čestice

(Preusmjereno sa Elementarna čestica)

Elementarne čestice su subatomske čestice za koje se veruje da se ne mogu podeliti na manje.[1] S druge strane, subatomske čestice su sve čestice manje od atoma, bez obzira na njihovu složenost (ili elementarnost). Pri tome, ovo 'manje od atoma' treba shvatiti uslovno jer neki kvarkovi imaju masu reda veličine najtežih hemijskih elemenata. Neke elementarne čestice su stabilne, druge su pak nestabilne. Ona čestica koja prepuštena sama sebi, tj. kada ne interaguje ni sa jednom drugom česticom, opstaje nepromenjenih karakteristika sve dok traju ti uslovi, naziva se stabilnom. Ona koja čak i u tim uslovima, posle izvesnog vremena, menja svoje karakteristike, odnosno preživljava spontanu transformaciju (raspad) u neke druge elementarne čestice, naziva se nestabilnom. U odgovarajaćoj interakciji sa datim elementarnim česticama, međutim, i svaka stabilna čestica može da se transformiše u druge čestice. Suprotno, za vreme trajanja određenih interakcija, i neke nestabilne čestice mogu da zadrže svoj identitet sve dok te interakcije traju.[2] Elementarne čestice se mogu podeliti na čestice materije i čestice prenosioce sila.

Čestice za koje se u današnje vreme smatra da su elementarne obuhvataju fundamentalne fermione (kvarkove, leptone, antikvarkove, i antileptone), koji su generalno „materijalne čestice” i „antimaterijske čestice”, kao i fundamentalne bozone (baždarene bozone i Higsove bozone), koji su generalno „čestice sile” koje posreduju interakcije među fermionima.[1] Čestica koja sadrži dve ili više elementrarni čestica je kompozitna čestica. Svakodnevna materija se sastoji od atoma, za koje se nekad smatralo da su elementarne čestice materije — atom na grčkom jeziku znači „nedeljiv”, mada je postojanje atoma bilo kontroverzno do oko 1910, pri čemu su neki od vodećih fizičara smatrali molekule matematičkim iluzijama, i da je materija ultimatno sačinjena od energije.[1][3] Uskoro su identifikovani subatomski konstituenti atoma. Početkom 1930-ih, elektron i proton su uočeni, zajedno sa fotonom, česticom elektromagnetne radijacije.[1] U to vreme, nedavni napreci kvantne mehanike su radikalno izmenili koncepciju čestica, kao pojedinačnih entiteta koji mogu naizgled da obuhvataju polje kao što to čine talasi, što je paradoks koji još uvek izbegava zadovoljavajuće objašnjenje.[4][5]

U skladu sa kvantnom teorijom, protoni i neutroni se sastoje od kvarkovagornjih kvarkova i donjih kvarkova — koji se sad smatraju elementarnim česticama.[1] Unutar molekula, tri elektronska stepena slobode (naelektirsanje, spin, orbitala) mogu se razdvojiti putem talasne funkcije u tri kvazičestice (holon, spinon, orbiton).[6] S druge strane slobodni elektron — koji ne rotira u orbiti oko atomskog jezgra i stoga nema orbitalno kretanje — izgleda nerazdvojiv i smatra se elementarnom česticom.[6] Oko 1980, status elementarne čestice kao istinski elementarne — ultimatni konstituent supstance — uglavnom je odbacivan u korist pratičnijih gledišta,[1] utelotvorenih u standardnom modelu fizike elementarnih čestica, koji je poznat kao naučno najuspešnija teorija.[5][7] Njegove mnogobrojne razrade i teorije izvan standardnog modela, uključujući popularnu supersimetriju, udvostručile su broj elementarnih čestica postavljajući hipotezu da je svaka poznata čestica asocirana sa partnerom iz „senke” koji je daleko masivniji,[8][9] mada svi takvi superpatneri ostaju neotkriveni.[7][10] Istovremeno, elementarni bozon koji posreduje gravitaciju, graviton, isto tako je još uvek hipotetičan.[1]

Čestice materijeUredi

Čestice materije sačinjavaju atome, molekule, živa bića, svet oko nas. U njih spadaju kvarkovi i leptoni. Kvarkovi su elementarne čestice koje sačinjavaju protone, neutrone i sve ostale složene čestice tj. barione i mezone, odnosno hadrone.

Prema sadašnjim modelima primordijalne nukleosinteze, primordijalna kompozicija vidljive materije svemira se sastojala od oko 75% vodonika i 25% helijuma-4 (po masi). Neutroni su sačinjeni od jednog ili dva donjeg kvarka, dok su protoni sačinjeni od dva gornja i jednog donjeg kvarka. Druge široko zastupljene elementrarne čestice (kao što su elektroni, neutrina, ili slabi bozoni) toliko su laki ili toliko retki u odnosu na atomska jezgra, da se može zanemariti njihov doprinos ukupnoj masi vidljivog svemira. Stoga, može se zaključiti da se najveći deo vidljive mase svemira sastoji od protona i neutrona, koji se poput svih bariona sastoje od gornjih i donjih kvarkova.

Prema nekim procenama postoji oko Šablon:10^ bariona (skoro u potpunosti u vidu protona i neutrona) u vidljivom univerzumu.[11][12][13] Broj protona u vidljivom svemiru se naziva Edingtonovim brojem. U pogledu broja čestica, neke procene impliciraju da je skoro sva materija, izuzev tamne materije, postoji u obliku neutrina i da oko Šablon:10^ elementarnih čestica materije postoji u vidljivom svemiru, uglavnom neutrini.[13] Prema drugim procenama postoji oko Šablon:10^ elementarnih čestica u vidljivom svemiru (ne računajući tamnu materiju), uglavnom fotoni i drugi nosioci sile bez mase.[13]

KvarkoviUredi

Kvarkovi su čestice koje imaju spin 1/2 kao i sve ostale čestice materije, ali imaju električni naboj od 1/3c. Pored spina i naelektrisanja, imaju i osobinu koja se zove boja i ona može imati 3 osnovne vrednosti. Grade teže čestice tako što se povežu 3 kvarka - hadroni, nukleoni - u bezbojnu kombinaciju ili tako da se povežu 1 kvark i 1 antikvark iste boje čineći pri tome bezbojnu česticu. Kvarkovi su po fizičkim merilima izuzetno masivne čestice.

Kvarkova ima 6 vrsta, svrstanih u 3 para

  • u - up
  • d - down
  • t - top
  • b - bottom
  • c - charm
  • s - strange

Up i down kvark čine ceo kosmos jer su oni oblici kvarkova sa najmanjom masom i, prema tome, najmanjom energijom, tj. najstabilniji su. Svi ostali kvarkovi su dobijeni u akceleratorima čestica pri vrlo velikim energijama na vrlo male delove vremena. Svi ostali kvarkovi su mnogo masivniji od u i d i oni grade egzotične vrste teških čestica, koje se raspadaju na manje masivne posle par milisekundi.

Koliko se sada zna, kvarkovi su čestice koje možda uopšte nemaju dimenzije, ali se kao gornja granica za njihov prečnih uzima granica od 10-17 m. Kvarkovi se nikad ne mogu naći izolovani već samo povezani u čestice koje su bezbojne jer što su dalje kvarkovi jedan od drugog, to je sila između njih jača, ali i ako čestici sačinjenoj od kvarkova predamo dovoljno energije za raskidanje veze između kvarkova, ta energija će se pretvoriti u još jednu bezbojnu česticu sačinjenu od kvarkova.

LeptoniUredi

To su elementarne čestice koje ne prave druge složene čestice, ali učestvuju u važnim fizičkim procesima. Imaju spin 1/2, naelektrisanje 1c i osetljivi su na slabu silu. Imaju masu koja je znatno manja od mase kvarkova, ali, za razliku od njih, mogu se naći slobodni.

Leptoni se javljaju u 6 vrsta:

i njihovi odgovarajući neutrini:

  • elektronski neutrino
  • mionski neutrino
  • tau neutrino

Elektron i elektronski neutrino su leptoni sa najmanjom masom, tako da su oni leptoni koji čine kosmos. Svi ostali leptoni imaju znatno veću masu, ali mogu da nastanu pri reakcijama u jezgrima zvezda i u akceleratorima. Neutrini se javljaju u termonuklearnim reakcijama uz njihov odgovarajući lepton. Za neutrine se donedavno mislilo da nemaju masu, ali pre par godina je otkriveno da neutrini mogu da menjaju vrstu, tj. da osciliraju iz jedne vrste u drugu, što je jasan pokazatelj da neutrini imaju masu koja je bar 1000 puta manja od mase elektrona.

Čestice prenosioci sileUredi

Čestice prenosioci sile prenose interakcije među česticama materije i poneke između samih sebe. To su čestice sa celobrojnim spinom od kojih neke imaju masu. Te čestice su nosioci polja osnovnih fizičkih sila kao što su elektromagnetna, jaka, slaba i gravitaciona.

Prenosilac elektromagnetne sile je foton koji prenosi interakcije između čestica sa naelektrisanjem. Foton nema masu mirovanja, ima spin 1 i istovremeno je svoja antičestica.

Prenosioci slabe sile su W+, W-, bozoni. To su čestice koje imaju vrlo veliku masu. Prenose interakciju između leptona i kvarkova, tj. između svake čestice koja ima naelektrisanje. Imaju veliku ulogu u radioaktivnom raspadu.

Prenosioci jake sile su gluoni. To su čestice bez mase sa spinom 1 koje se javljaju u 8 vrsta od kojih svaka može biti u 3 boje, tj. postoji 24 moguće vrste gluona. Oni prenose jaku silu između kvarkova i između sebe samih. Odlikuju se jednom čudnom osobinom zbog toga što su kvarkovi dalje jedan od drugog, jačina veze između njih raste. To je razlog zašto se kvarkovi ne mogu naći u izolovanom stanju, već samo u vidu kvark-gluonske plazme.

ReferenceUredi

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Braibant, Sylvie; Giacomelli, Giorgio; Spurio, Maurizio (2012). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics (2nd izd.). Springer. str. 1–3. ISBN 978-94-007-2463-1. https://books.google.com/books?id=e8YUUG2pGeIC&pg=PA1. 
  2. Radioaktivni izotopi i zračenja, knjiga 1, Opšti pojmovi, glavni urednik Ivan Draganić
  3. Newburgh, Ronald; Peidle, Joseph; Rueckner, Wolfgang (2006). "Einstein, Perrin, and the reality of atoms: 1905 revisited" (PDF). American Journal of Physics 74 (6): 478–481. Bibcode:2006AmJPh..74..478N. doi:10.1119/1.2188962. Archived from the original (PDF) on 3. 8. 2017. Pristupljeno 22. 3. 2019.  Unknown parameter |url-status= ignored (help)
  4. Weinert, Friedel (2004). The Scientist as Philosopher: Philosophical Consequences of Great Scientific Discoveries. Springer. str. 43, 57–59. Bibcode 2004sapp.book.....W. ISBN 978-3-540-20580-7. https://books.google.com/books?id=E0NRcFEjvU4C&pg=PA43. 
  5. 5,0 5,1 Kuhlmann, Meinard (24. 7. 2013). "Physicists debate whether the world is made of particles or fields—or something else entirely". Scientific American. 
  6. 6,0 6,1 Merali, Zeeya (18. 4. 2012). "Not-quite-so elementary, my dear electron: Fundamental particle 'splits' into quasiparticles, including the new 'orbiton'". Nature. doi:10.1038/nature.2012.10471. 
  7. 7,0 7,1 Ian O'Neill (24. 7. 2013). "LHC discovery maims supersymmetry, again". Discovery News. http://news.discovery.com/space/lhc-discovery-maims-supersymmetry-again-130724.htm. Pristupljeno 28. 8. 2013. 
  8. Particle Data Group. "Unsolved mysteries—supersymmetry". The Particle Adventure. Berkeley Lab. http://www.particleadventure.org/supersymmetry.html. Pristupljeno 28. 8. 2013. 
  9. National Research Council (2006). Revealing the Hidden Nature of Space and Time: Charting the Course for Elementary Particle Physics. National Academies Press. str. 68. Bibcode 2006rhns.book....... ISBN 978-0-309-66039-6. https://books.google.com/books?id=zXoZjZFZF-kC&pg=PA68. 
  10. "CERN latest data shows no sign of supersymmetry—yet". Phys.Org. 25. 7. 2013. http://phys.org/news/2013-07-cern-latest-supersymmetry.html. Pristupljeno 28. 8. 2013. 
  11. Frank Heile. "Is the Total Number of Particles in the Universe Stable Over Long Periods of Time?". 2014.
  12. Jared Brooks. "Galaxies and Cosmology" Archived 14 July 2014[Date mismatch] at the Wayback Machine.. {{{1}}}. ISBN {{{2}}}. pp. 4, equation 16.
  13. 13,0 13,1 13,2 Munafo, Robert (24. 7. 2013). "Notable Properties of Specific Numbers". http://mrob.com/pub/math/numbers-19.html. Pristupljeno 28. 8. 2013. 

Spoljašnje vezeUredi