Particulă elementară

Fermionii (denumiți după omul de știință Enrico Fermi) au un număr de spin de ½ și sunt fie quarci, fie leptoni. Există 12 tipuri diferite de fermioni (fără a include antimateria). Fiecare tip se numește "aromă". Aromele sunt:

• Quarci: sus, jos, farmec, ciudat, sus, jos, sus, jos. Quarcii se prezintă în trei perechi, numite "generații". Prima generație (up și down) este cea mai ușoară, iar cea de-a treia (top și bottom) este cea mai grea. Un membru al fiecărei perechi (up, charm și top) are o sarcină de ⅔. Celălalt membru (jos, ciudat și jos) are sarcina -⅓.
• Leptoni: electron, muon, tau, neutrino de electron, neutrino de muon, neutrino de tau. Neutrinii au sarcina 0, de unde și prefixul neutr-. Ceilalți leptoni au sarcina -1. Fiecare neutrino este denumit după leptonul original corespunzător: electronul, muonul și tauonul.

Se crede că șase dintre cei 12 fermioni sunt veșnici: quarcii up și down, electronul și cele trei tipuri de neutrini (care își schimbă constant aroma). Ceilalți fermioni se dezintegrează. Adică, se descompun în alte particule la o fracțiune de secundă după ce au fost creați. Statistica Fermi-Dirac este o teorie care descrie modul în care se comportă colecțiile de fermioni. În esență, nu poți avea mai mult de un fermion în același loc în același timp.

Bosonii, numiți după fizicianul indian Satyendra Nath Bose, au spin 1. Deși majoritatea bosonilor sunt compuși din mai multe particule, există două tipuri de bosoni elementari:

• Bosoni de gauge: gluoni, bosoni W+și W-, bosoniZ0 și fotoni. Acești bosoni sunt purtătorii a 3 din cele 4 forțe fundamentale și au un număr de spin de 1;
• Gluon: Gluonii sunt particule fără masă și fără sarcină și sunt purtătorii interacțiunii forței puternice. Împreună cu quarcii, aceștia se unesc pentru a forma particule compozite numite hadroni, care includ protoni și neutroni.
• bosoni W și Z: Bosonii W și Z sunt particule care transportă forța slabă. Bosonul W are o particulă de materie (W+) și o particulă de antimaterie (W-), în timp ce bosonul Z este propria sa antiparticulă. Bosonul W este produs prin dezintegrare beta, dar se transformă aproape imediat într-un neutrino și într-un electron. Bosonii W și Z au fost descoperiți în 1983.
• Photon: Fotonii sunt particule fără masă și fără sarcină care poartă forța electromagnetică. Fotonii pot avea o anumită frecvență care determină ce radiație electromagnetică sunt. La fel ca toate celelalte particule fără masă, aceștia se deplasează cu viteza luminii (300 000 km/s).
• Bosonul Higgs: Fizicienii cred că particulele masive au masă (adică nu sunt pure pachete de energie, precum fotonii) datorită interacțiunii Higgs.

Fotonul și gluonii nu au sarcină și sunt singurele particule elementare care au masa 0 în mod sigur. Fotonul este singurul boson care nu se dezintegrează. Statistica Bose-Einstein este o teorie care descrie modul în care se comportă colecțiile de bosoni. Spre deosebire de fermioni, este posibil să existe mai mulți bosoni în același spațiu și în același timp.

Modelul standard include toate particulele elementare descrise mai sus. Toate aceste particule au fost observate în laborator.

Modelul standard nu vorbește despre gravitație. Dacă gravitația funcționează la fel ca celelalte trei forțe fundamentale, atunci gravitația este purtată de un boson ipotetic numit graviton. Gravitonul nu a fost încă descoperit, așa că nu este inclus în tabelul de mai sus.

Primul fermion care a fost descoperit și cel despre care știm cel mai bine este electronul. Primul boson descoperit și, de asemenea, cel despre care știm cel mai bine, este fotonul. Teoria care explică cel mai bine modul în care electronul, fotonul, electromagnetismul și radiația electromagnetică funcționează împreună se numește electrodinamică cuantică.