Was sind die verschiedenen Arten von subatomaren Teilchen?
Es gibt zwei Hauptkategorien von subatomaren Teilchen - Fermionen und Bosonen. Fermionen sind die Teilchen, die wir als "Stoff" betrachten - Leptonen wie das Elektron, das Neutrino und die Cousins und Quarks wie der Up-Quark und andere in seiner großen Familie. Messbosonen sind die Teilchen, die die vier Grundkräfte der Natur vermitteln - die schwachen und starken Kernkräfte, den Elektromagnetismus und die Schwerkraft. Dazu gehören das bekannte Photon und seine weitaus seltener vorkommenden Verwandten, die W- und Z-Bosonen, Gluonen und (wie die Physiker erwarten) das Graviton, das begehrte Teilchen, das Gravitationswechselwirkungen vermitteln soll.
Es ist wichtig, den Unterschied zwischen subatomaren Partikeln und fundamentalen Partikeln zu verstehen. Fundamental bedeutet, dass das Partikel keine kleineren Bestandteile hat; es ist grundlegend. Nicht alle subatomaren Teilchen sind fundamental, obwohl alle bekannten fundamentalen Teilchen subatomar sind, dh kleiner als Atome. Zum Beispiel sind Protonen und Neutronen, subatomare Teilchen, aus denen das Atom besteht, eher zusammengesetzte als fundamentale Teilchen, die aus noch kleineren Quarks und Gluonen bestehen. Exotische Teilchen wie das Tau-Neutrino oder Myonen sind subatomar, weil sie kleiner als Atome sind, aber es ist wertvoll, sich daran zu erinnern, dass diese nicht Teil der Atome sind, die sichtbare Strukturen in unserem Universum bilden.
Subatomare Partikel sind so zahlreich und vielfältig, dass Physiker den Begriff "Partikelzoo" verwendet haben, um sie zu beschreiben. Im Bereich der Leptonen gibt es drei Arten von Elektronen - Elektronen - Myonen - und Tau - 3 - Neutrinotypen und ihre Antiteilchen, die 12 Leptonen ergeben. Es gibt vier bekannte Eichbosonen - das Photon, das W- und das Z-Boson sowie das Gluon. Zwei weitere Bosonen, die mit ziemlicher Sicherheit existieren, aber noch nicht beobachtet wurden, sind das Higgs-Boson und das Graviton. Dies bringt die Gesamtheit der fundamentalen Teilchen auf 18. Fügen Sie die oberen, unteren, oberen, seltsamen und charmanten Quarks und ihre Antiquarks hinzu, und Sie haben 30 fundamentale, subatomare Teilchen.
Das ist jedoch noch nicht alles. Sie erinnern sich vielleicht, dass ein Proton oder Neutron aus drei Quarks besteht. Dazu gehören zwei Auf- und Ab-Quarks sowie einer der verbleibenden Quarks, die mit Gluonen im Atomkern zusammengehalten werden. Dies ist jedoch nicht die einzig mögliche Quark-Konfiguration - nur die stabilste. Wenn Sie grundlegende Partikel nach Belieben aufnehmen und in beliebigen Konfigurationen zusammenfügen könnten, könnten Sie Tausende neuer subatomarer Partikel erzeugen.
Hunderte dieser subatomaren Teilchen wurden tatsächlich in Teilchenbeschleunigerexperimenten beobachtet. Dazu gehören Mesonen mit nur zwei Quarks und Hadronen mit drei Protonen und Neutronen. Es gibt auch die sogenannten Glueballs oder Gluonium, subatomare Partikel, die nur aus Gluonen bestehen, und den vermuteten Tetraquark, eine Art subatomarer Partikel, die aus vier Quarks bestehen würde. Gibt es Pentaquarks und darüber hinaus? Vielleicht ist es so, aber um sie zu finden, wären Experimentiergeräte erforderlich, die weit über unserem derzeitigen Besten liegen.