מיון החלקיקים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

מיון החלקיקים הוא מיון של חלקיקים בהתאם לתכונות הפיזיקליות שלהם. חלקיקים אלו יכולים להיות חלקיקים יסודיים או חלקיקים מרוכבים. ברשימה להלן מוצגים הן חלקיקים שנתגלו באופן ניסויי והן חלקיקים שטרם נתגלו אך ישנן תאוריות המנבאות את קיומם.

[עריכה] חלקיקים מרוכבים

פרוטון מורכב משלושה קווארקי ערכיות (uud). הגלואונים אשר מסומנים בצורת גלים תורמים ליציבות הפרוטון

• מולקולה היא החלקיק הקטן ביותר של חומר אשר משמר את תכונותיו הכימיות, כלומר כל סוג של מולקולה מתאים לתרכובת כימית מסוימת. מולקולה מורכבת מאטום אחד או יותר.
• אטומים הם חלקיקים נייטרליים המרכיבים את המולקולות, וניתן לקבל אותם ממולקולות בעזרת תגובות כימיות. האטום מורכב מגרעין קטן ומסיבי המוקף בענן של אלקטרונים. כל אטום מגדיר יסוד כימי בהתאם למספר הפרוטונים שבו. מספר הנייטרונים בגרעין קובע את סוג האיזוטופ של היסוד. באטום נייטרלי מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים, ואילו ביון מספרם שונה.
• גרעין האטום מורכב מפרוטונים ונייטרונים, כלומר מנוקליאונים. פיזיקה גרעינית מתארת את מגוון התהליכים בהם גרעין אחד הופך למשנהו.
• האדרונים מוגדרים כחלקיקים מורכבים הבנויים מקווארקים אשר מוחזקים יחד בעקבות פעולתו של הכוח הגרעיני החזק. האדרונים יכולים להיות בוזונים ואז הם נקראים מזונים, או פרמיונים ואז הם נקראים באריונים.
  • באריונים רגילים מכילים שלושה קווארקי ערכיות (valence quarks). אנטי-באריונים מכילים שלושה אנטי-קווארקי ערכיות. המונח 'ערכיות' מתייחס למספרים הקוונטיים של קווארקים אלו הקובעים את המספרים הקוונטיים של הבאריון המורכב מהם. מספרים קוונטיים כאלו יכולים להיות תנע זוויתי, זוגיות וצימוד מטען הקשורים לחבורת פואנקרה, ומספרים קוונטיים של 'טעם', כמו איזוספין.
    • נוקליאונים הם החלקיקים המרכיבים את גרעין האטום - הפרוטון והנייטרון. כאשר נייטרון נמצא מחוץ לגרעין הוא מוגדר כנייטרון מהיר (נייטרון חם).
    • היפרונים כגון חלקיקי Δ, Λ, Ξ ו-Ω הם באריונים המכילים קווארקים מסוג s אך אינם מכילים קווארקים מסוג c או b. זמן החיים שלהם קצר יחסית והם מסיביים יותר מנוקליאונים. הם אינם מופיעים בגרעין של יסוד כימי רגיל, אך ניתן לבנות מהם היפרגרעינים.
  • מזונים רגילים מורכבים מקווארק ערכיות ואנטי-קווארק ערכיות, והם כוללים בין השאר את הפאיונים והקאונים.
  • באריונים אקזוטיים הם באריונים שאינם מורכבים משלושה קווארקי או אנטי-קווארקי ערכיות.
    • פנטאקווארקים הם חלקיקים המורכבים מצירוף של חמישה קווארקים ואנטי-קווארקים. קיומם מוטל בספק.
  • מזונים אקזוטיים הם מזונים שאינם מורכבים מזוג אחד של קווארק ואנטי-קווארק ערכיותיים.
    • טטראקווארקים הם חלקיקים המורכבים משני קווארקים ומשני אנטי-קווארקים.
    • כדורי גלואונים הם מצבים מורכבים של שני גלואונים או יותר.
    • היברידים מורכבים מאחד או יותר זוגות של קווארק - אנטי-קווארק ערכיות וגלואון אמיתי אחד או יותר.

[עריכה] חלקיקים אלמנטריים

חלקיקים אלמנטריים הם חלקיקים שאינם ניתנים לחלוקה. תכונת הספין חשובה להגדרת אופיו של החלקיק האלמנטרי.

• לפרמיונים יש ספין לא שלם. עבור כל הפרמיונים האלמנטריים שנתגלו עד כה מדובר בספין של 1/2 (ביחידות של קבוע פלאנק). הפרמיונים האלמנטריים, אבני הבניין היסודיות ביותר של החומר, מסווגים על פי פעולתו של הכוח הגרעיני החזק עליהם. בהתאם למודל הסטנדרטי ישנם 12 "טעמים" של פרמיונים, שישה קווארקים ושישה לפטונים. לכל פרמיון קיים אנטי-חלקיק שמתאים לו.
  • קווארקים מגיבים עם הכוח הגרעיני החזק. הם קיימים בשישה טעמים: למעלה, למטה, מוזר, קסום, תחתון (או "יופי") ועליון (או "אמת"). כל קווארק נושא מטען צבע וכל אנטי-קווארק נושא מטען אנטי-צבע.
  • לפטונים לא מגיבים עם הכוח הגרעיני החזק. גם הם מופיעים בשישה טעמים: אלקטרון, מיואון, טאו, נייטרינו אלקטרוני, נייטרינו מיואוני ונייטרינו טאואוני.
• לבוזונים מספרי ספין שלמים. הכוחות היסודיים של הטבע נישאים על ידי בוזוני כיול.
  • על פי המודל הסטנדרטי, ישנם 13 בוזונים אלמנטריים:
    • הפוטון (ספין 1) נושא את הכוח האלקטרו-מגנטי.
    • שלושת בוזוני W ו-Z (ספין 1) נושאים את הכוח הגרעיני החלש.
    • שמונת הגלואונים (ספין 1) נושאים את הכוח הגרעיני החזק.
    • בוזון היגס (ספין 0) נחזה על ידי התאוריה האלקטרו-חלשה. חלקיק זה טרם התגלה בניסוי.

• • בוזונים נוספים נחזים על ידי מודלים שונים:
    • הגרביטון (ספין 2) הוצע בתור חלקיק שנושא את הכבידה.
    • אקסיון הוא חלקיק נייטרלי בעל ספין 0 שקיומו יכול לפתור סוגייה בפיזיקת החלקיקים אשר קרויה "בעיית שבירת CP של הכוח החזק".

[עריכה] חלקיקים הקיימים על-פי סימטריית-על

ישנן תאוריות של סימטריית-על (סופר-סימטריה) המציעות את האפשרות שלכל חלקיק יש מעין חלקיק-על, שותף, הנושא את אותם מספרים קוונטיים. חלקיקים מסוימים במודל הסטנדרטי מופיעים כבוזונים, בעוד שחלקיקי-העל שלהם מופיעים כפרמיונים, ולהפך.

מודל סימטריית-העל המינימלי (MSSM) מחייב ארבעה שדות מרוכבים של חלקיק היגס - שניים טעונים ושניים נייטרליים, כלומר הוא מחייב הרחבה גם של המודל הסטנדרטי. פעולת המנגנון של שבירת סימטריה ספונטנית על שדות היגס אלו ייתן בסופו של דבר 5 חלקיקי היגס (ספין 0) שיכולים להתקיים בטבע, מהם 3 נייטרליים, אחד בעל מטען חיובי ואחד בעל מטען שלילי. נובע מכך שקיומה של סימטריית-על יעשיר גם את מגוון חלקיקי ההיגס.

• בוזונים:
  • הסלפטונים, חלקיקי-העל של הלפטונים, צפויים להיות בוזונים.
  • הסקווארקים, חלקיקי-העל של הקווארקים, צפויים להיות בוזונים.

• פרמיונים:
  • חלקיקי-העל של בוזוני הכיול נקראים גאוג'ינים. ברמה הבסיסית (לפני ערבוב) מקבלים:
    • 8 חלקיקי גלואינו (ספין 1/2) הם חלקיקי-העל של שמונת הגלואונים.
    • הגרביטינו (ספין 3/2) הוא חלקיק-העל של הגרביטון.
    • 3 חלקיקי ווינו (ספין 1/2) הם חלקיקי-העל של שלושת שדות בוזוני W (שניים טעונים ואחד נייטרלי).
    • בינו (ספין 1/2) הוא חלקיק-העל של שדה בוזון B.
  • 4 חלקיקי היגסינו (ספין 1/2) הם חלקיקי-העל של ארבעת השדות של בוזון היגס.

• • במודל הסטנדרטי בוזון Z ופוטון מתוארים כערבוב של בוזון W נייטרלי ובוזון B. באופן דומה, אם סימטריית-על הייתה סימטריה מדויקת אז היינו מקבלים את הזינו והפוטינו כערבוב של הווינו הנייטרלי עם הבינו.
  • בגלל שסימטריית-העל היא סימטרייה שבורה, בטבע צפויים להתקיים החלקיקים הבאים (בהנחה שהתאורייה נכונה):
    • 2 חלקיקי ההיגסינו הנייטרלים מתערבבים עם הבינו והווינו הנייטרלי לקבלת ארבעה חלקיקי נייטרלינו (ספין 1/2). הנייטרלינו הפחות מסיבי ביניהם הוא מועמד להרכיב את החומר האפל ביקום.
    • 2 חלקיקי ההיגסינו הטעונים מתערבבים עם 2 חלקיקי הווינו הטעונים ונותנים 4 חלקיקי צ'רג'ינו (ספין 1/2) - שניים עם מטען חיובי ושניים עם מטען שלילי.
    • 8 חלקיקי גלואינו (ספין 1/2).
    • גרביטינו (ספין 3/2).

עד כה (2007) חלקיקי-על לא התגלו בניסוי.

[עריכה] ראו גם

• המודל הסטנדרטי.

[עריכה] קישורים חיצוניים

• סיכום המידע על חלקיקים אלמנטריים