Jakie są różne rodzaje cząstek subatomowych?

Istnieją dwie główne kategorie cząstek subatomowych - fermiony i bozony. Fermiony to cząstki, które uważamy za „rzeczy” - leptyny takie jak elektron, neutrino i kuzyni oraz kwarki jak kwark górny i inne w jego pokaźnej rodzinie. Bozony wskaźnikowe to cząstki, które pośredniczą w czterech podstawowych siłach natury - słabych i silnych siłach jądrowych, elektromagnetyzmie i grawitacji. Należą do nich znany foton i jego znacznie rzadziej spotykani kuzyni, bozony W i Z, gluony i (fizycy spodziewają się) grawiton, bardzo poszukiwana cząstka, o której uważa się, że pośredniczy w oddziaływaniach grawitacyjnych.

Ważne jest, aby zrozumieć różnicę między cząstkami subatomowymi a cząsteczkami podstawowymi. Podstawowy oznacza, że ​​cząstka nie ma mniejszych składników; to jest fundamentalne. Nie wszystkie cząsteczki subatomowe są fundamentalne, chociaż wszystkie znane cząstki fundamentalne są subatomowe, co oznacza, że ​​są mniejsze niż atomy. Na przykład protony i neutrony, cząsteczki subatomowe tworzące atom, są cząstkami złożonymi, a nie podstawowymi, złożonymi z jeszcze mniejszych kwarków i gluonów. Cząsteczki egzotyczne, takie jak neutrino tau lub miony, są subatomowe, ponieważ są mniejsze niż atomy, ale warto pamiętać, że nie są one częścią atomów, które tworzą widoczne struktury w naszym wszechświecie.

Cząstki subatomowe są tak liczne i różnorodne, że fizycy użyli terminu „zoo cząstek” do ich opisania. W dziedzinie leptonów istnieją 3 rodzaje elektronów - elektron, mion i tau - 3 rodzaje neutrino i ich antycząstki, tworząc 12 leptonów. Istnieją cztery znane bozony cechowania - foton, bozony W i Z oraz gluon. Dwa dodatkowe bozony, które prawie na pewno istnieją, ale jeszcze ich nie zaobserwowano, obejmują bozon Higgsa i grawiton. Daje to całkowitą liczbę podstawowych cząstek do 18. Dodając górne, dolne, dolne, górne, dziwne i urocze kwarki oraz ich antykwarki, otrzymujesz 30 podstawowych subatomowych cząstek.

To jednak nie wszystko. Możesz pamiętać, że proton lub neutron składa się z trzech kwarków. Należą do nich dwa kwarki w górę i w dół oraz jeden z pozostałych kwarków, połączonych razem z gluonami w jądrze atomu. Nie jest to jednak jedyna możliwa konfiguracja kwarków - tylko najbardziej stabilna. Jeśli możesz w jakiś sposób zbierać podstawowe cząstki do woli i sklejać je ze sobą w dowolnych konfiguracjach, możesz stworzyć tysiące nowych cząstek subatomowych.

W eksperymentach z akceleratorami cząstek zaobserwowano setki tych cząstek subatomowych. Obejmują one mezony, które mają tylko dwa kwarki, i hadrony, które mają trzy podobne protony i neutrony. Istnieją również tak zwane kulki klejowe lub gluon, cząsteczki subatomowe składające się wyłącznie z gluonów oraz podejrzewany tetraquark, gatunek cząstek subatomowych, który składałby się z czterech kwarków. Czy istnieją pentakwarki i nie tylko? Może i tak, ale ich znalezienie wymagałoby eksperymentalnej aparatury znacznie przekraczającej nasze obecne najlepsze.