Scientia

Scientia terras irradiamus

Particulele elementare Imprimare Email
Fizica nucleară şi fizica particulelor
Scris de Scientia.Ro   
Joi, 01 Mai 2008 14:42

Este atomul componenta fundamentală din care este materia construită ori acesta poate fi spart la rândul său în părţi mai mici? Există alte particule în afara celor ce compun atomul? Cum se transmite gravitaţia? Ce ţine nucleul atomului unit? Cât de departe sunt electronii de nucleu?

 

INTRODUCERE

Deşi "cărămizile" fundamentale din care este construit Universul sunt considerate a fi atomii, în ultima sută de ani s-au făcut progrese semnificative în determinarea constituenților atomilor, precum şi în determinarea ori suspectarea existenţei unor alte particule care completează tabloul elementelor constitutive ale materiei. Aceste componente care nu pot fi, după opinia curentă, „sparte” în părţi şi mai mici sunt denumite particule fundamentale ori particule elementare.

Aceste particule elementare sunt împărţite în două categorii:
::: Bosonii, particule forţă, cu spin întreg.
::: Fermionii, particule cu masă, clasificaţi în leptoni şi quarcuri.

 

Tabloul particulelor elementare
BOSONII (particule cu spin întreg 0, 1...) FERMIONII (particule cu spin fracţional 1/2, 3/2...)

Gravitonul

Fotonul

Bosonii slabi. Forţa slabă

Gluonul. Forţa tare

Bosonul Higgs

 

LEPTONI:

Electronul

Neutrinul electronic

Miuonul

Neutrinul Miuonic

Tauonul

Neutrinul Tauonic

QUARCURI:

Up

Down

Charm

Strange

Top

Bottom

 

BOSONII

 

bosoni

 

Bosonii:

Gravitonul. Este particula-forţă purtătoare a gravităţii, care este cea mai slabă forţă. Nu există încă nicio dovadă experimentală că această particulă forţă există, făcând din gravitaţie una dintre problemele centrale ale fizicii moderne.

Fotonul. Este purtătorul radiaţiei electromagnetice, în întregul ei, incluzând undele radio, lumina, razele x, razele gama etc. Fotonul şi câmpul electromagnetic asociat ţin atomii împreună. Forţa electromagnetică este de asemenea responsabilă de interacţiunea dintre atomi şi dintre molecule; fără aceasta, obiectele nu ar avea consistenţă.

 

 

Bosonii slabi. Forţa slabă. W+, W- şi Z0 sunt bosonii slabi, purtătorii forţei slabe. Forţa slabă este responsabilă de dezintegrările radioactive, conducând la transformarea unui quarc down în quarc up. Această schimbare are ca efect transformarea neutronului în proton, transformare însoţită de eliberarea unui electron. De asemenea, forţa slabă poate transforma un proton într-un neutron. Bosonii purtători ai forţei slabe au fost descoperiţi în 1983 de Carlo Rubbia şi Simon Van der Meer.

Gluonul. Forţa tare. Este purtătorul forţei tari şi acţionează la distanţe foarte mici de aproximativ 10-13 cm. Forţa tare ţine quarcurile la un loc formând protonii şi neutronii. De asemenea, forţa tare ţine la un loc protonii şi neutronii ce formează nucleul atomului. În lipsa acestei forţe, protonii, graţie forţei de respingere creată de sarcina lor pozitivă, s-ar îndepărta unii de alţii. Primele indicii despre existenţa gluonilor au apărut la un laborator din Hamburg, în 1979.

Bosonul Higgs. Câmpul Higgs încearcă să explice apariţia masei determinate experimental a bosonilor care erau înţeleşi ca fiind lipsiţi de masă; astfel, acest câmp încetineşte bosonii slabi ce ar evolua cu viteza luminii şi care în principiu nu au masă, iar prin această încetinire bosonii slabi obţin masă. La temperaturi înalte, bosonii slabi călătoresc cu viteza luminii, fiind lipsiţi de masă.

Update: anunţul privind descoperirea bosonului Higgs a fost făcută la data de 4 iulie 2012, putând reprezenta, dacă se va confirma că este într-adevăr vorba de bosonul Higgs, cea mai importantă descoperire ştiinţifică a secolului al XXI-lea de până la această dată şi una dintre marile descoperiri ale omenirii.

 

FERMIONII

fermioni

Fermionii conţin trei familii de particule:

Fermionii, familia nr.1, care constituie materia de care luăm act, ca oameni:

Leptonii:

Electronul. Particulă încărcată negativ ce înconjoară nucleul atomului. Întrucât nucleul atomului este încărcat pozitiv electric, electronul este atras către centrul atomului. Modul în care electronii sunt aranjaţi în orbită în jurul nucleului determină caracteristicile chimice ale atomului. Sarcina electrică a electronilor împiedică electronii să treacă unul prin altul, forţa de respingere care apare ţinându-i separaţi.

Neutrinul Electronic. Aceştia pot călătorii distanţe uriaşe fără a interacţiona cu materia, aproximativ 600 de milioane de neutrino trecând prin corpul uman în fiecare secundă. Ei pot penetra pământul nestingheriţi, sunt fără masă ori aproape, cu o masă infimă şi interacţionează cu materia doar prin intermediul forţei slabe şi a gravitaţiei. Wolfgang Pauli a prezis existenţa neutrino în 1930, dar a fost descoperit abia în 1957 de Clyde Cowan şi Fred Reines.

Quarcurile:

Quarcul up. Cel mai puţin masiv dintre cele şase tipuri de quarcuri, acesta se combină cu quarcul down pentru a crea materia pe care o experimentăm în mod curent. Quarcurile nu au fost observate niciodată, dar sunt dovezi care i-au convins pe fizicieni de existenţa lor. În 1964 Murraz Gell-Mann şi George Zweig au avansat ideea existenţei quarcurilor, iar în 1968, la Acceleratorul liniar din Stanford a fost confirmată.

Quarcul down. Acesta, împreună cu quarcul up formează protonii şi neutronii care constituie nucleul atomic. Două quarcuri down şi un quarc up formează un neutron. Un quarc down şi două quarcuri up formează un proton.

 

Fermionii, familia nr.2, copie mai masivă a primei familii:

Leptonii:

Miuonul. Este o particulă cu sarcină electrică, mult mai masiv decât electronul şi mult mai instabil decât acesta. Două treimi din miuoni se dezintegrează în electron, neutrinoul miuonic şi electron anti-neutrino în 2 microsecunde de la apariţie. Miuonul a fost descoperit după electron, proton şi neutron. În 1937 Jabez C. Street şi Edward C. Stevenson au găsit dovezi ale existenţei acestuia.

Neutrinul Miuonic. Tipul de dezintegrare radioactivă ce produce miuonii neutrino, produce de asemenea şi miuonii. A fost descoperit în 1961 de Jack Steinberger, Melvin Schwarty şi Leon Lederman.

Quarcurile

Quarcul charm. Este similar quarcului up, dar este mult mai masiv. A fost descoperit în anul 1974.

Quarcul strange. Are denumirea astfel, pentru că atunci când a fost descoperit, s-a observat că durata sa de viaţă era mai mare decât cea aşteptată.

 

Fermionii, familia nr.3, copie şi mai masivă a primei familii:

Leptonii:

Tauonul. Este identic cu electronul, dar este de 3,500 de ori mai greu şi mai instabil decât acesta. Are o durată de viaţă mai mică de 10-12 dintr-o secundă, înainte să se dezintegreze în alte particule. A fost descoperit în 1975 de Martin Perl.

Neutrinul Tauonic. Este cel mai masiv dintre cele trei tipuri de neutrini. Existenţa acestuia a fost confirmată atunci când o particulă care nu putea fi decât un neutrin tauonic s-a lovit de nucleul unui atom şi a rezultat un lepton tau. Prima dovadă directă datează din anul 2000, laboratorul Fermi, Illinois.

Quarcuri:

Quarcul top. Masa unui quarc top este echivalentă cu nucleul unui atom de aur, care conţine 197 de protoni şi tot atâţi neutroni. A fost descoperit în 1995 la laboratorul Fermi.

Quarcul bottom. A fost descoperit, de asemenea, la laboratorul american Fermi în anul 1977.

 

 

Pentru a vedea tabloul complet al Modelului Standard al particulelor elementare, puteţi descărca Posterul Particulelor fundamentale realizat de echipa Scientia (lb.română) de AICI

 
Scientia