Leptons vs Hadrons
ההבנה שלנו כבר למעלה משלוש מאות שנה שחומר מורכב מאטומים. אטומים נחשבים בלתי ניתנים לחלוקה עד המאה ה-20. אבל הפיזיקאי של המאה ה-20 גילה שניתן לשבור את האטום לחתיכות קטנות יותר, וכל האטומים עשויים מהרכבים שונים של חלקיקים אלה. אלה ידועים כחלקיקים תת-אטומיים, כלומר, הפרוטון, הנייטרון והאלקטרון.
חקירה נוספת מגלה שלחלקיקים אלה (חלקיקים תת-אטומיים) יש גם מבנה פנימי, והם עשויים מדברים קטנים יותר. חלקיקים אלו ידועים כחלקיקים יסודיים, ולפטונים וקווארקים ידועים כשתי קטגוריות עיקריות של חלקיקים יסודיים.קווארקים קשורים זה לזה ליצירת מבנה חלקיקים גדול יותר המכונה האדרונים.
לפטונים
חלקיקים הידועים כאלקטרונים, מיואונים (µ), טאו (Ƭ) והנייטרינים המתאימים להם ידועים כמשפחת הלפטונים. לאלקרון, מיאון וטאו יש מטען של -1, והם נבדלים זה מזה רק מהמסה. המיאון מסיבי פי שלושה מהאלקטרון, וטאו מסיבי פי 3500 מהאלקטרון. הנייטרינים המקבילים להם הם ניטרליים וחסרי מסה יחסית. כל חלקיק והיכן למצוא אותם מסוכמים בטבלה הבאה.
| 1st דור |
2nd דור |
3rd דור |
| Electron (e) | Muon (µ) | Tau (Ƭ) |
|
a) באטומים b) מיוצר ברדיואקטיביות בטא |
a) מספרים גדולים שנוצרו באטמוספירה העליונה על ידי קרינה קוסמית | נצפה רק במעבדות |
| אלקטרון נייטרינו (νe) | Muon neutrino (νµ) | טאו נייטרינו (νƬ) |
|
a) רדיואקטיביות ביטא b) כורים גרעיניים c) בתגובות גרעיניות בכוכבים |
a) מיוצר בכורים גרעיניים b) קרינה קוסמית אטמוספירית עליונה |
נוצר רק במעבדות |
היציבות של החלקיקים הכבדים האלה קשורה ישירות למסה שלהם. לחלקיקים מסיביים יש זמן מחצית חיים קצר יותר מאשר לחלקיקים הפחות מסיביים. האלקטרון הוא החלקיק הקל ביותר; זו הסיבה שהיקום שופע אלקטרונים, אבל שאר החלקיקים נדירים. כדי ליצור מיואונים וחלקיקי טאו, יש צורך ברמת אנרגיה גבוהה ובימינו ניתן לראותה רק במקרים בהם יש צפיפות אנרגיה גבוהה. ניתן לייצר חלקיקים אלו במאיצי חלקיקים. הלפטונים מקיימים אינטראקציה זה עם זה על ידי אינטראקציה אלקטרומגנטית ואינטראקציה גרעינית חלשה.
לכל חלקיק לפטון, ישנם אנטי-חלקיקים הידועים כאנטילפטונים. לאנטי-לפטונים יש מסה דומה ומטען הפוך. האנטי-חלקיק של האלקטרון ידוע בתור פוזיטרונים.
Hardrons
הקטגוריה העיקרית האחרת של החלקיקים היסודיים ידועה בשם קווארקים. הם קווארקים למעלה, למטה, מוזרים, עליונים ותחתונים. לקווארקים האלה יש מטענים חלקיים. לקווארקים יש גם אנטי-חלקיקים המכונים אנטי-קווארקים. יש להם אותה מסה אבל מטען הפוך.
| Charge | 1st דור | 2nd דור | 3rd דור |
| +2/3 |
Up 0.33 |
קסם 1.58 |
Top 180 |
| -1/2 |
למטה 0.33 |
מוזר 0.47 |
תחתון 4.58 |
N. B. מסות החלקיקים המוצגות בתחתית הן ב-GeV/c2.
חלקיקים אלה מקיימים אינטראקציה באמצעות כוח חזק ויוצרים חלקיקים גדולים יותר המכונים האדרונים והדרונים בעלי מטען של מספר שלם.
בעיקרון, קווארקים מתחברים עם הקווארקים עצמם או עם אנטי-קווארקים, ויוצרים הדרונים יציבים. שלוש קטגוריות עיקריות של האדרונים הן באריונים, אנטי-בריונים ומזונים. באריונים מורכבים משלושה קווארקים (qqq) הקשורים בכוח חזק, ואנטי-בריונים הם שלושה אנטי-קווארקים ([latex]\bar{q}\bar{q}\bar{q}[/latex]) קשורים. Mesons הם קווארק ואנטי-קווארק ([latex]q\bar{q}[/latex]) משולבים יחד.
מה ההבדל בין הדרונים ללפטונים?
• קווארקים ולפטונים הם שתי קטגוריות של החלקיקים היסודיים ונלקחים יחד, המכונה פרמיונים.
• הקווארקים משתלבים באמצעות אינטראקציה גרעינית חזקה ויוצרים הדרונים; עד כה לא מתגלים מבנים פנימיים של הלפטונים, אבל להדרונים יש מבנה פנימי. הלפטונים קיימים כחלקיקים בודדים.
• האדרונים הם חלקיקים מסיביים יותר בהשוואה ללפטונים.
• הלפטונים מקיימים אינטראקציות באמצעות כוח אלקטרומגנטי וחלש, בעוד שקווארקים מקיימים אינטראקציות חזקות.
