Hvad er de forskellige slags subatomiske partikler?
Der er to hovedkategorier af subatomære partikler - fermioner og bosoner. Fermions er de partikler, vi tænker på som "ting" - leptoner som elektron, neutrino og fætre, og kvarker som up-quark og andre i dets betydelige familie. Målebosoner er partiklerne, der medierer de fire grundlæggende kræfter i naturen - de svage og stærke atomkrafter, elektromagnetisme og tyngdekraft. Disse inkluderer den velkendte foton og dens langt mindre hyppigt sete kusiner, W- og Z-bosoner, gluoner og (fysikere forventer) graviton, den meget efterspurgte partikel, der tænkes at formidle gravitationsinteraktioner.
Det er vigtigt at forstå forskellen mellem subatomære partikler og grundlæggende partikler. Grundlæggende betyder, at partiklen ikke har mindre bestanddele; det er grundlæggende. Ikke alle subatomære partikler er grundlæggende, skønt alle kendte grundlæggende partikler er subatomære, hvilket betyder mindre end atomer. For eksempel er protoner og neutroner, subatomære partikler, der udgør atomet, sammensatte partikler snarere end grundlæggende, der udgøres af stadig mindre kvarker og gluoner. Eksotiske partikler som tau neutrino eller muons er subatomære, fordi de er mindre end atomer, men det er værdifuldt at huske, at disse ikke er en del af de atomer, der udgør synlige strukturer i vores univers.
Subatomiske partikler er så mange og varierede, at fysikere har brugt udtrykket "partikelzoo" til at beskrive dem. Inden for leptoner er der 3 typer elektron - elektron, muon og tau - 3 typer neutrino og deres antipartikler, hvilket udgør 12 leptoner. Der er fire kendte gauge-bosoner - foton, W- og Z-bosoner og gluon. To yderligere bosoner, som næsten helt sikkert findes, men endnu ikke er blevet observeret, inkluderer Higgs-bosonen og graviton. Dette bringer summen af grundlæggende partikler til 18. Tilføj i toppen, ned, ned, op, mærkelig og charmerende kvark og deres antikvier, og du har 30 grundlæggende, subatomære partikler.
Det er dog ikke alt. Du kan huske, at en proton eller neutron består af tre kvarker. Disse inkluderer to af enten op- og nedadgående kvarker, og en af de resterende kvarker, der sidder fast med gluoner i atomens kerne. Dette er dog ikke den eneste mulige kvarkkonfiguration - bare den mest stabile. Hvis du på en eller anden måde på en eller anden måde kunne samle grundlæggende partikler og klæbe dem sammen i vilkårlige konfigurationer, kan du oprette tusinder af nye subatomære partikler.
Hundredvis af disse subatomære partikler er faktisk blevet observeret i partikelacceleratoreksperimenter. De inkluderer mesoner, der kun har to kvarker, og hadroner, der har tre lignende protoner og neutroner. Der er også de såkaldte glueballs eller gluonium, subatomære partikler, der kun består af gluons, og den mistænkte tetraquark, en art af subatomær partikel, der vil være sammensat af fire kvarker. Eksisterer pentaquarks og derover? Måske det, men at finde dem ville kræve eksperimentelle apparater langt ud over vores nuværende bedste.