เลปตอนกับฮาดรอน
เราเข้าใจมาตลอดกว่าสามร้อยปีที่สสารประกอบด้วยอะตอม อะตอมคิดว่าจะแบ่งแยกไม่ได้จนถึงศตวรรษที่ 20 แต่นักฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 ค้นพบว่าอะตอมสามารถแตกเป็นชิ้นเล็กๆ ได้ และอะตอมทั้งหมดก็ประกอบขึ้นจากองค์ประกอบต่างๆ ของอนุภาคเหล่านี้ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าอนุภาคย่อยของอะตอม กล่าวคือ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
การสืบสวนเพิ่มเติมพบว่าอนุภาคเหล่านี้ (อนุภาคของอะตอม) มีโครงสร้างภายในเช่นกันและถูกสร้างขึ้นจากสิ่งเล็กๆ อนุภาคเหล่านี้เรียกว่าอนุภาคมูลฐาน และ Leptons และ Quarks เป็นอนุภาคมูลฐานสองประเภทหลักควาร์กถูกเชื่อมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างอนุภาคขนาดใหญ่ที่เรียกว่าฮาดรอน
เลปตอน
อนุภาคที่เรียกว่าอิเล็กตรอน มิวออน (µ) เทา (Ƭ) และนิวตริโนที่เกี่ยวข้องกันนั้นเรียกว่าตระกูลเลปตอน อิเล็กตรอน มิวออน และเอกภาพมีประจุเป็น -1 และต่างจากมวลเท่านั้น มิวออนมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนถึงสามเท่า และเอกภาพมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนถึง 3500 เท่า นิวตริโนที่สอดคล้องกันของพวกมันเป็นกลางและไม่มีมวลค่อนข้างมาก แต่ละอนุภาคและตำแหน่งที่จะพบได้สรุปไว้ในตารางต่อไปนี้
|
1st รุ่น |
2nd รุ่น | 3rd รุ่น |
| อิเล็กตรอน (e) | มุน (µ) | เทา (Ƭ) |
|
a) ในอะตอม b) ผลิตในกัมมันตภาพรังสีเบต้า |
a) รังสีคอสมิกเกิดจำนวนมากในบรรยากาศชั้นบน | สังเกตเฉพาะในห้องปฏิบัติการ |
| อิเล็กตรอนนิวตริโน (νe) | มูออนนิวทริโน (νµ) | เอกภาพนิวตริโน (νƬ) |
|
a) กัมมันตภาพรังสีเบต้า b) เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ c) ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดวงดาว |
a) ผลิตในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ b) รังสีคอสมิกบรรยากาศชั้นบน |
สร้างในห้องปฏิบัติการเท่านั้น |
ความเสถียรของอนุภาคที่หนักกว่าเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับมวลของพวกมัน อนุภาคขนาดใหญ่มีครึ่งชีวิตที่สั้นกว่าอนุภาคที่มีมวลน้อยกว่า อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เบาที่สุด นั่นคือเหตุผลที่จักรวาลเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน แต่อนุภาคอื่นหายาก ในการสร้างมิวออนและอนุภาคเอกภาพ จำเป็นต้องใช้พลังงานระดับสูง และในปัจจุบันสามารถเห็นได้เฉพาะในกรณีที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงเท่านั้น อนุภาคเหล่านี้สามารถผลิตได้ในเครื่องเร่งอนุภาค Leptons มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่อ่อนแอ
สำหรับอนุภาคเลปตันแต่ละตัว มีสารต้านอนุภาคที่เรียกว่าแอนติเลปตอน สารต้านเลปตอนมีมวลใกล้เคียงกันและมีประจุตรงข้าม สารต้านอนุภาคของอิเล็กตรอนเรียกว่าโพซิตรอน
ฮาร์ดรอน
อนุภาคมูลฐานที่สำคัญอื่นๆ เรียกว่าควาร์ก พวกมันคือควาร์กขึ้น, ลง, แปลก, บนและล่าง ควาร์กเหล่านี้มีประจุเป็นเศษส่วน ควาร์กยังมีสารต่อต้านอนุภาคที่เรียกว่าแอนตี้ควาร์ก พวกมันมีมวลเท่ากัน แต่มีประจุตรงข้าม
| ชาร์จ | 1st รุ่น | 2nd รุ่น | 3rd รุ่น |
| +2/3 |
ขึ้น 0.33 |
เสน่ห์ 1.58 |
บน 180 |
| -1/2 |
ลง 0.33 |
แปลก 0.47 |
ล่าง 4.58 |
เอ็นบี มวลอนุภาคที่แสดงด้านล่างอยู่ใน GeV/c2.
อนุภาคเหล่านี้โต้ตอบด้วยแรงอย่างแรงเพื่อสร้างอนุภาคขนาดใหญ่ที่เรียกว่าฮาดรอนและฮาดรอนจะมีประจุเป็นเลขจำนวนเต็ม
โดยพื้นฐานแล้ว ควาร์กจะรวมกับควาร์กเองหรือกับแอนติ-ควาร์กเพื่อสร้างฮาดรอนที่เสถียร ฮาดรอนสามประเภทหลัก ได้แก่ แบริออน แอนติแบริออน และเมสัน แบริออนประกอบด้วยควาร์กสามตัว (qqq) ที่จับกันด้วยกำลังอันแข็งแกร่ง และแอนติแบริออนคือแอนติ-ควาร์กสามตัว ([latex]\bar{q}\bar{q}\bar{q}[/latex]) ที่ถูกผูกไว้ มีซอนเป็นควาร์กและแอนติควาร์ก ([latex]q\bar{q}[/latex]) จับคู่เข้าด้วยกัน
Hadrons กับ Leptons ต่างกันอย่างไร
• ควาร์กและเลปตอนเป็นอนุภาคมูลฐานสองประเภทและนำมารวมกันเรียกว่าเฟอร์มิออน
• ควาร์กรวมกันผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งเพื่อสร้างฮาดรอน จนถึงปัจจุบันยังไม่มีการค้นพบโครงสร้างภายในของเลปตัน แต่เฮดรอนมีโครงสร้างภายใน Leptons มีอยู่เป็นอนุภาคแต่ละตัว
• Hadrons เป็นอนุภาคที่มีมวลมากเมื่อเทียบกับเลปตอน
• Leptons โต้ตอบผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงที่อ่อนแอ ในขณะที่ควาร์กโต้ตอบผ่านการโต้ตอบที่รุนแรง