Subatomová částice

Subatomární částice je částice , který je menší (ale ne nutně lehčí) než atom . Fyzika částic a jaderná fyzika se primárně zabývají subatomárními částicemi . Subatomární částice lze rozdělit na elementární částice a složené částice .

Subatomární částice byly intenzivně studovány ve 20. století . Vzhledem k rozmanitosti objevených částic byla někdy označována takzvaná částicová zoo . Pouze díky konceptu kvarků bylo možné pochopit vnitřní strukturu hadronů. Vývoj vyvrcholil standardním modelem, který existuje téměř 50 let .

Vzhledem ke své kvantové povaze nelze subatomární částice považovat za klasické částice. Ve fyzickém popisu chování a reakcí subatomárních částic se spíše objevují kvantové jevy, jako je dualismus vln-částice , vztahy nejistoty , fluktuace vakua a virtuální částice .

Druhy subatomárních částic

Elementární částice

Elementární částice standardního modelu

Rozlišují se potvrzené elementární částice standardního modelu:

• Kvarky
• Leptony
• Kalibrační bosony
• stejně jako Higgsův boson

Složené částice

S kompozitními částicemi je situace komplikovanější. Kompozitní částice, které mají subatomární rozměry, jsou všechny tvořeny kombinacemi kvarkových elementárních částic. Samotné kvarky nelze pozorovat ani měřit samostatně, pouze jejich produkty rozpadu. Jeden rozlišuje:

• Hadrony :
  • Mezony : páry kvark-antikvark
  • Baryony : 3 kvarky. To zahrnuje také nukleony, protony a neutrony
  • Exotické hadrony: tetrakvarky a pentakvarky
• další složené částice:
  • Atomová jádra

Na atomové úrovni, tj. Nad subatomární úrovní, nejsou jen obyčejné atomy a molekuly, ale také takzvané exotické atomy , které vznikají kombinací subatomárních hadronů a dalších elementárních částic. Příkladem exotického atomu je muonový vodík .

Známé příklady

• Elementární částice: foton , elektron
• Složeno: protony , neutrony , alfa částice nebo obecně atomová jádra

Fermiony a bosony

Počet povolání jako funkce rozdílu mezi energetickým a chemickým potenciálem pro bosony ( Bose-Einsteinova statistika, horní křivka ) nebo fermiony (Fermi-Diracova statistika, dolní křivka), v každém případě ve zvláštním případě svobody interakce a konstantní teplota .${\ displaystyle \ langle n \ rangle}$ ${\ displaystyle E}$ ${\ displaystyle \ mu}$


${\ displaystyle T> 0}$

Dalším důležitým rozdílem mezi subatomárními částicemi je rozdíl mezi fermiony a bosony . Tyto třídy se liší ve dvou základních vlastnostech:

• V každém kvantovém stavu systému, např. B. atomu, existuje pouze nanejvýš jeden fermion daného typu (viz Pauliho princip ); toto omezení se nevztahuje na bosony. Tento rozdíl je popsán skutečností, že pro fermiony a bosony platí různé rozdělení pravděpodobnosti, statistiku Fermi-Dirac a statistiku Bose-Einstein . Spin částice je spojen s statistik přes statistiky spin věty . Tak, fermiony a bosony se také liší ve svých napůl celé číslo a číslo čísla rotační kvantové.
• Elementární fermiony, tj. Leptony a kvarky, lze vytvořit nebo zničit pouze společně s antičásticemi. Toto pozorování, které vysvětluje stabilitu hmoty, je popsáno zákonem zachování počtu částic ( baryonové číslo , leptonové číslo ). Na druhé straně elementární bosony mohou vznikat a zabíjet jednotlivě.

Všechny složky atomu, proton, neutron a elektron, jsou fermiony. Pouze Pauliho princip činí strukturu atomových jader a elektronových obalů srozumitelnou. Elementární částice jsou také většinou fermiony. Pouze bosony měřidla (včetně fotonu) a Higgsova částice jsou bosony. Mezi složenými částicemi patří mezony k bosonům.

Důležité jevy na subatomární úrovni

• radioaktivita
• Jaderná fůze
• Fotoelektrický efekt
• Stabilita atomového jádra: hmotnost atomového jádra je vytvářena hlavně vazebnou energií kvarků.

Hlavní objevy subatomárních částic

Viz také

• Tvrdý obal
• Vyměňte částice

literatura

• RP Feynman a S. Weinberg : Elementární částice a zákony fyziky: Přednášky Dirac Memorial z roku 1986 . Cambridge University Press, 1987.
• Brian Greene: Elegantní vesmír . WW Norton & Company, 1999, ISBN 0-393-05858-1 .
• Robert Oerter: Teorie téměř všeho: Standardní model, neopěvovaný triumf moderní fyziky . Plume, 2006.
• Bruce A. Schumm: Hluboké věci: Úchvatná krása částicové fyziky . Johns Hopkins University Press, 2004, ISBN 0-8018-7971-X . .
• Martinus Veltman: Fakta a záhady ve fyzice elementárních částic . World Scientific, 2003, ISBN 981-238-149-X .
• GD Coughlan, JE Dodd a BM Gripaios: Myšlenky částicové fyziky: Úvod pro vědce. 3. vydání, Cambridge University Press, 2006. Vysokoškolský text pro ty, kteří se specializují na fyziku.
• David J. Griffiths: Úvod do elementárních částic . Wiley, John & Sons, Inc., 1987, ISBN 0-471-60386-4 .
• Gordon L. Kane: Moderní elementární fyzika částic . Perseus Books, 1987, ISBN 0-201-11749-5 .

Individuální důkazy

1. ^ Otto Klemperer: Elektronová fyzika: Fyzika volného elektronu . Academic Press , 1959.
2. ^ Podivný Quark
3. ↑ SLAC-SP-017 Collaboration (JE Augustin et al.): Objev úzké rezonance v e ⁺ e ^- Annihilation. In: Physical Review Letters. Svazek 33, 1974, str. 1406-1408 ( online )
4. ↑ E598 Collaboration (JJ Aubert et al.): Experimentální pozorování z těžkého částic J. In: Physical Review Letters. Svazek 33, 1974, str. 1404-1406 ( online )
5. ↑ Experimenty CERN hlásí nová měření Higgsova bosonu . cern.ch (23. června 2014)