Wat zijn de verschillende soorten subatomaire deeltjes?
Er zijn twee hoofdcategorieën van subatomaire deeltjes - fermionen en bosonen. Fermionen zijn de deeltjes die we als 'dingen' beschouwen - leptonen zoals het elektron, neutrino en neven en nerven zoals de opgaande quark en anderen in zijn omvangrijke familie. Gauge bosonen zijn de deeltjes die de vier fundamentele krachten van de natuur bemiddelen - de zwakke en sterke nucleaire krachten, elektromagnetisme en zwaartekracht. Deze omvatten het bekende foton, en zijn veel minder vaak geziene neven, de W- en Z-bosonen, gluonen en (fysici verwachten) de graviton, het veelgevraagde deeltje waarvan gedacht wordt dat het de zwaartekrachtsinteracties medieert.
Het is belangrijk om het verschil te begrijpen tussen subatomaire deeltjes en fundamentele deeltjes. Fundamenteel betekent dat het deeltje geen kleinere bestanddelen heeft; het is fundamenteel. Niet alle subatomaire deeltjes zijn fundamenteel, hoewel alle bekende fundamentele deeltjes subatomair zijn, wat betekent dat ze kleiner zijn dan atomen. Protonen en neutronen, subatomaire deeltjes waaruit het atoom bestaat, zijn bijvoorbeeld samengestelde deeltjes in plaats van fundamentele, die zijn samengesteld uit nog kleinere quarks en gluonen. Exotische deeltjes zoals de tau-neutrino of muonen zijn subatomair omdat ze kleiner zijn dan atomen, maar het is waardevol om te onthouden dat deze geen deel uitmaken van de atomen waaruit zichtbare structuren in ons universum bestaan.
Subatomaire deeltjes zijn zo talrijk en gevarieerd dat natuurkundigen de term "deeltjes zoo" hebben gebruikt om ze te beschrijven. In het domein van leptonen zijn er 3 soorten elektron - elektron, muon en tau - 3 soorten neutrino en hun antideeltjes, die 12 leptonen vormen. Er zijn vier bekende ijkbosonen - het foton, W- en Z-bosonen en gluon. Twee extra bosonen, die vrijwel zeker bestaan, maar nog niet zijn waargenomen, omvatten het Higgs-boson en de graviton. Dit brengt het totaal van fundamentele deeltjes op 18. Voeg de bovenste, onderste, onderste, bovenste, vreemde en charm-quarks en hun antiquarks toe, en je hebt 30 fundamentele, subatomaire deeltjes.
Dat is echter niet alles. Je herinnert je misschien dat een proton of neutron uit drie quarks bestaat. Deze omvatten twee van beide op en neer quarks, en een van de resterende quark, aan elkaar geplakt met gluonen in de kern van het atoom. Dit is echter niet de enige mogelijke quark-configuratie - alleen de meest stabiele. Als je op de een of andere manier naar wens fundamentele deeltjes kunt oppakken en in willekeurige configuraties aan elkaar kunt plakken, kun je duizenden nieuwe subatomaire deeltjes maken.
Honderden van deze subatomaire deeltjes zijn daadwerkelijk waargenomen in experimenten met deeltjesversnellers. Ze omvatten mesonen, die slechts twee quarks hebben, en hadronen, die drie dezelfde protonen en neutronen hebben. Er zijn ook de zogenaamde glueballs of gluonium, subatomaire deeltjes die alleen uit gluonen bestaan, en de vermoedelijke tetraquark, een soort subatomaire deeltjes die uit vier quarks zou bestaan. Bestaan pentaquarks en verder? Misschien wel, maar om ze te vinden zou een experimenteel apparaat nodig zijn dat ver boven ons huidige beste uitkomt.