Hvad er forskellen mellem Quarks & Leptons?

Partikelfysik er underfeltet i fysik, der beskæftiger sig med undersøgelsen af ​​elementære subatomære partikler - partiklerne der udgør atomerne. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev der foretaget mange eksperimentelle gennembrud, der foreslog at atomer, der blev antaget at være den mindste komponent af materie, var sammensat af endnu mindre partikler. Nye teorier blev udtænkt for at forklare dette (såsom Standard Model of Particle Physics), mange nye eksperimenter blev designet (ved hjælp af udstyr som partikelacceleratorer), og det blev efterhånden klart, at partiklerne der dannede atomer kan nedbrydes endnu mere. To eksempler på sådanne partikler er kvarker og leptoner, og selvom disse typer partikler har meget til fælles, er deres forskelle ofte stærke.

Kvarker og leptoner er begge grundlæggende partikler

Quarks (navngivet af Nobelpristageren Murray Gell-Mann efter et citat i bogen "Finnegan's Wake" af James Joyce) og leptoner antages for tiden at være de mest grundlæggende partikler, der findes; det vil sige, de kan ikke brydes ned i yderligere bestanddele. Quarks og leptoner er ikke selv partikler; I stedet henvises der til familier af partikler, der hver indeholder seks medlemmer. Quark-familien af ​​partikler består af op, ned, top, bund, charme og mærkelige partikler, mens leptoner består af elektron, elektron neutrino, muon, muon neutrino, tau og tau neutrino partikler. Der er også antipartikler forbundet med hver partikel, hvor antipartikelen er spejlet modsat af den tilsvarende partikel (fx med den modsatte ladning).

Leptoner har integerladning; Quarks har fraktioneret ladning

Leptoner har en elektrisk ladning af enten en grundlæggende ladningsenhed (defineret som ladning af en enkelt elektron), i tilfælde af elektronen, muon eller tau eller ingen ladning i sagen af de tilsvarende neutriner. Kvarker har derimod hver for sig fraktioner (+/- 1/3 eller +/- 2/3, afhængigt af kvarken). Når disse kvarker er grupperet sammen, tilføjer summen af ​​deres afgifter altid op til et heltal. For eksempel, hvis to up quarks og one down quark (med afgifter på +2/3 og -1/3) er grupperet sammen, summen af ​​afgifterne øger op til +1, og en ny partikel er oprettet. Denne nye partikel er protonen, en af ​​hovedkomponenterne i atomkernen.

Leptoner kan eksistere frit; Quarks kan ikke

Mens kvarker alle har en brøkdel, vil en kvark aldrig eksistere frit i naturen; dette skyldes en grundlæggende kraft kendt som den "stærke kraft". Den stærke kraft, som medieres af kraftbærende partikler kaldet gluoner, virker inden for kernen af ​​atomer og holder kvarker tiltrukket af hinanden. Kraften mellem kvarker stiger, når de bevæger sig fra hinanden, hvilket sikrer, at en fri kvark aldrig opdages. Studieområdet dedikeret til interaktioner mellem kvarker og gluoner hedder quantum chromodynamics (QCD). Leptoner er derimod meget "uafhængige" partikler, og de kan isoleres.

Kvarker og leptoner er genstand for forskellige grundlæggende styrker

Der er fire grundlæggende kræfter i naturen: stærk kraft (som holder atomkerner og kvarker sammen), den svage kraft (som er ansvarlig for radioaktivt henfald), den elektromagnetiske kraft (som hjælper med at holde atomer sammen) og gravitationsstyrken (som gør ethvert objekt med masse eller energi i universet ). Quarks er underlagt alle de grundlæggende kræfter; leptoner på den anden side er underlagt alle kræfter undtagen den stærke kraft. Dette skyldes, at den stærke kraft har en meget kort rækkevidde, typisk mindre end den af ​​en atomkerne; Derfor er den stærke kraft generelt begrænset til dette område. De svage, elektromagnetiske og tyngdekrafter kan på den anden side virke over en langt større afstand end den stærke kraftkan.