AZ ELEMI RÉSZECSKÉK ÉS ALAPVETÔ KÖLCSÖNHATÁSOK
Standard Modellje
Az elemi részecskékre és alapvetô kölcsönhatásokra vonatkozó jelenlegi legpontosabb ismereteinket összegzi a Standard Modell, amely az erôs és egyesített elektrogyenge
kölcsönhatások elmélete. A gravitáció, jóllehet alapvetô kölcsönhatás, nem része a Standard Modellnek.
Fermionok – az anyag építõkövei, spinjük: 1/2, 3/2, 5/2, ...
kvarkok (spin = 1/2)
jel/íz
u
d
tömeg
GeV/c2
down
170,006
c
charm
s
strange
170,1
t
top
175
b
leptonok (spin = 1/2)
elektr.
töltés
170,003
up
bottom
ne
2/3
e
–1/3
171,3
174,3
Bozonok – a kölcsönhatások közvetítõi, spinjük: 0, 1, 2, ...
Az atom szerkezete
jel/íz
tömeg
GeV/c2
elektron
neutrínó
< 10–8
nm müon
neutrínó
2/3
< 0,0002
m
g
atommag
0,106
–1
2/3
nt
tau
neutrínó
< 0,02
0
1,7771
< 10–18 m
u d
d
proton
u d
u
és
neutron
~
• 10–15 m
–1
atom
–10
~
• 10
– egyséSpin: A spin a részecske saját impulzusmomentuma. A spint h
– = h/2p = 6,58 · 10–25 GeVs = 1,05 · 10–34 Js.
gekben adjuk meg, ahol h
m
elektr.
töltés
gluon
0
0
A kölcsönhatások tulajdonságai
–––
barionok (qqq) és antibarionok (qqq)
– több száz ismert barion van
erõs
kölcsönhatás
tulajdonság
kvarkössz.
tömeg
GeV/c2
elektr.
töltés
spin
amire hat
kvarkok, gluonok
hadronok
kvarkok, leptonok
elektr. töltöttek
minden
p+
gluonok
mezonok
W és Z-null bozon
foton
graviton
10–18 m
25
–
0,8
3·10–17 m
60
–
–
20
antiproton
–– –
uud
0,937
–1
1/2
közvetítõ részecske
n
neutron
udd
0,940
0
1/2
L
lambda
uds
1,116
0
1/2
két up kvarkra
W-
omega
sss
1,672
–1
3/2
két proton az atommagban
Antianyag: A részecskéknek általában van
„antirészecskéje”, amely azonos tulajdonságú, de ellentétes töltésû, mint a részecske.
Néhány elektromosan semleges részecske,
mint például a Z-null bozon, a gamma-foton,
vagy az eta-c mezon megegyezik saját antirészecskéjével.
Az ábrákról: Az ábrák a jellemzô fizikai folyamatokat csak szemléltetik, hozzájuk értelmes
módon skálát rendelni nem lehet. A zöld tartományok a gluonok felhõjét, illetve mezejét,
a piros vonalak a kvarkok pályáját mutatják.
u d
W–
d u
(elektrogyenge)
+
–
+
e
e
n–e
e–
g vagy Z0
–
e
Egy neutron protonra, elektronra és antineutrínóra bomlik egy virtuális W-bozon közvetítésével. Ez a béta-bomlás.
–
Zm0
Z-null
bozon
–1
80,1
1
91,187
0
tömeg
GeV/c2
elektr.
töltés
spin
pion
–
ud
0,140
1
0
(még nem figyelték meg)
K–
kaon
–
su
0,494
–1
0
1
10–41
r+
ró
–
ud
0,770
1
1
10–4
1
10–41
B0
B-null
–
db
5,279
0
0
10–7
1
10–36
hc
eta-c
cc–
2,980
0
0
0
n
uo
l
g
m
ez
õ
nm+
W
W bozon
80,1
kvarkössz.
–
e e B B0
n p e –ne
–
W–
– több száz ismert mezon van
tömeg, energia,
impulzus
ezek a részecskék érzik
elektr.
töltés
0
(nem az SM része)
elektromos töltés
1/2
00
–
mezonok (qq)
íz
1
foton
gravitációs
lásd magyarázat
0,938
{
elektromágneses
színtöltés
uud
relatív erõsség
gyenge
visszamaradó
proton
tömeg
GeV/c2
Barionikus hadronok
alapvetõ
p
–
p
g
jel/név
A visszamaradó erõs kölcsöhatás a színsemleges nukleonok között hat
(ez felelõs a „magerõkért”), jellegében a Van der Waals-kölcsönhatáshoz
hasonlít.
Töltés: A töltéseket proton-töltés egységekben adjuk meg. A proton
töltése 1,60 · 10–19 Coulomb.
jel/név
tömeg
GeV/c2
Tömeg: A részecskefizikában az energiát elektronvoltban (eV) , a tömeget GeV/c2 egységekben (E = mc2 ) mérik. 1 GeV = 109 eV = 1,60 · 10–10 J. A
proton tömege 0,938 GeV/c2 = 1,67 · 10–27 kg.
Ha a protonok és neutronok átmérôje 10 cm volna a képen,
akkor a kvarkok és elektronok 0,1 mm-nél kisebbek lennének,
az atom pedig 10 km átmérôjû lenne!
Fermionikus hadronok
jel/név
Színtöltés: A kvarkok és gluonok
„színtöltést” hordoznak. A kvarkok 3, a gluonok 8 féle „színûek”
lehetnek. A színtöltések között
ható alapvetõ erõs kölcsönhatás
barionokba és mezonokba „zárja”
a kvarkokat.
d
d u
–
e
elektrogyenge (spin = 1)
elektron
u
d
u
~
• 10–14 m
0
müon
tau
< 10
–1
m
t
–19
0
–1/3
–1/3
e–
kvark
elektr.
töltés
0,000511
elektron
erõs – szín (spin = 1)
0
0
p p Z Z + hadronok
b –0
–B
d
d
– B0
b
Nagy energiájú elektron–pozitron ütközésben
való B0–anti-B0 keltés, gamma-foton vagy Z0bozon közvetítésével.
u
d
u
d
u u
Z0
hadronok
kvarkok és hadronok
gluonok
hadronok
Z0
Nagy energiájú protonok ütközésekor keletkezhetnek hadronok és nehéz részecskék, például Z-bozonok.
jel/név
Az eredeti posztert a Contemporary Physics
Project (http://CPEPorg.web) készítette. A
magyar változat Somogyi Gábor és Kármán
Tamás munkája.
Megjelent a Fizikai Szemle mellékleteként,
tetszõleges méretre nagyítható változata letölthetõ a http://fizikaiszemle.hu honlapról.
Köszönetünket fejezzük ki a megjelenést támogató Paksi Atomerõmû Zrt.-nek.
Fizikai Szemle
MAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT
az Eötvös Loránd Fizikai Társulat folyóirata
