13.1. Konsep “partikel elementer”

Dalam arti sebenarnya dari istilah “dasar” adalah partikel paling sederhana yang tidak dapat dibagi lagi tanpa struktur internal yang menyusun materi.

Pada tahun 1932, empat jenis partikel diketahui: elektron, proton, neutron, dan foton. Partikel-partikel ini (kecuali foton) memang merupakan unsur penyusun materi yang dapat diamati.

Pada tahun 1956, sekitar 30 partikel elementer telah ditemukan. Jadi, sebagai bagian dari radiasi kosmik, positron (1932), muon (1936), p(pi) - meson (1947), partikel aneh K(ka) - meson dan hiperon ditemukan. Penemuan selanjutnya di bidang ini dilakukan dengan bantuan akselerator besar yang memberikan energi ratusan dan ribuan MeV ke partikel. Jadi, antiproton (1955) dan antineutron (1956), hiperon dan resonansi berat (60an), partikel “terpesona” dan “indah” (70an), t (tau) - lepton (1975), n(upsilon) - partikel dengan massa sekitar sepuluh (!) massa proton, partikel “indah” (1981), boson vektor perantara (1983). Beberapa ratus partikel kini telah diketahui dan jumlahnya terus bertambah.

Sifat umum dari semua partikel elementer ini adalah bahwa mereka adalah bentuk keberadaan materi tertentu yang tidak terikat menjadi inti dan atom. Oleh karena itu, istilah “ partikel subnuklir". Sebagian besar partikel ini tidak memenuhi definisi ketat tentang unsur dasar, karena (menurut konsep modern) memang demikian sistem komposit, yaitu, mereka memiliki struktur internal. Namun, sesuai dengan praktik yang berlaku, istilah “partikel elementer” tetap dipertahankan. Partikel yang mengaku sebagai unsur utama materi (misalnya elektron) disebut “ benar-benar dasar".

13.1.1. Sifat dasar partikel elementer

Semua partikel elementer memiliki massa yang sangat kecil: dari 10 -22 (untuk boson perantara) hingga ~10 -27 (untuk elektron). Partikel paling ringan adalah neutrino (diasumsikan massanya 10 ribu kali lebih kecil dari massa elektron). Ukuran partikel elementer juga sangat kecil: dari 10 -13 cm (untuk hadron) hingga< 10 -16 см у электронов и мюонов.

Massa dan ukuran mikroskopis menentukan kekhususan kuantum perilaku partikel elementer. Sifat kuantum yang paling penting adalah kemampuannya untuk dilahirkan dan dimusnahkan (dipancarkan dan diserap) ketika berinteraksi dengan partikel lain.

Partikel paling dasar tidak stabil: lahir dalam sinar kosmik atau akselerator, mereka hidup sepersekian detik dan kemudian mengalami peluruhan. Ukuran stabilitas partikel adalah rata-rata umur t. Elektron, proton, foton dan neutrino - partikel yang benar-benar stabil(t®¥), bagaimanapun, peluruhannya belum terdeteksi secara eksperimental. neutron kuasi-stabil(t=(898±16)s. Ada kelompok partikel tidak stabil dengan masa hidup rata-rata sekitar 10 -6, 10 -8, 10 -10, 10 -13, 10 -16, 10 -20 s. Yang terpendek -partikel hidup beresonansi : t~(10 -22 ¸10 -23)s.

Ciri-ciri umum partikel elementer juga adalah putaran, muatan listrik q dan momen magnet intrinsik. Putaran biasanya dinyatakan dalam satuan dan hanya mengambil nilai bilangan bulat atau setengah bilangan bulat. Ini menentukan jumlah kemungkinan keadaan putaran suatu partikel, serta jenis statistik yang dikenakan pada partikel tersebut. Menurut kriteria ini, semua partikel dibagi menjadi fermion(partikel dengan putaran setengah bilangan bulat) dan boson(partikel dengan putaran bilangan bulat). Muatan listrik suatu partikel adalah kelipatan bilangan bulat dari muatan dasar |e| = 1,6 × 10 -19 Kl. Untuk partikel elementer yang diketahui, muatan listrik dalam satuan e mempunyai nilai sebagai berikut: q = 0, ±1, ±2. Partikel dengan muatan pecahan - quark- tidak terjadi dalam keadaan bebas (lihat pasal 5.3.2).

Momen magnet intrinsik mencirikan interaksi partikel diam dengan medan magnet luar. Vektor dan

paralel atau antiparalel.

Selain hal-hal di atas, partikel elementer juga dicirikan oleh sejumlah karakteristik kuantum, yang disebut “internal” (muatan lepton, muatan baryon, keanehan, dll.).

13.1.2 Partikel dan antipartikel

Hampir setiap partikel bersesuaian antipartikel- partikel dengan massa, masa hidup, putaran yang sama; karakteristik lainnya sama besarnya, tetapi berlawanan tanda (muatan listrik, momen magnet, karakteristik kuantum internal). Beberapa partikel (misalnya, foton) tidak memiliki bilangan kuantum internal dan, oleh karena itu, identik dengan antipartikelnya - inilah partikel netral sejati.

Kesimpulan tentang keberadaan antipartikel pertama kali dikemukakan oleh P. Dirac (1930). Dia menurunkan persamaan kuantum relativistik yang menggambarkan keadaan partikel dengan putaran setengah bilangan bulat. Untuk partikel bebas, persamaan Dirac menghasilkan hubungan relativistik antara momentum (p), energi (E) dan massa (m) partikel:

Untuk elektron yang diam (p e =0), tingkat energi berikut mungkin terjadi: Dan , interval energi "dilarang".

Dalam teori medan kuantum, keadaan partikel berenergi negatif diartikan sebagai keadaan antipartikel yang mempunyai energi positif tetapi muatan listriknya berlawanan. Semua kemungkinan tingkat energi negatif terisi tetapi tidak dapat diamati. Foton yang berenergi mampu memindahkan elektron dari keadaan berenergi negatif ke keadaan berenergi positif (lihat Gambar 5.1) - elektron menjadi dapat diamati.

1. Partikel dasar- ini adalah objek mikro, yang ukurannya tidak melebihi ukuran inti atom. Partikel dasar termasuk proton, neutron, elektron, meson, neutrino, foton, dll.

Ungkapan partikel elementer tidak boleh dipahami sebagai partikel tak berstruktur yang tidak mampu bertransformasi. Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, isi istilah ilmiah apa pun secara bertahap menjauh dari etimologinya. Dengan demikian, atom tetap tidak dapat dipisahkan dalam pikiran manusia hingga kemunculannya pada awal abad ke-19. atomisme kimia. Dalam pengetahuan ilmiah modern, atom adalah sistem dinamis kompleks yang mampu melakukan penataan ulang yang beragam. Demikian pula, partikel elementer, ketika sifat-sifat barunya ditemukan, memperlihatkan struktur yang semakin kompleks.

Sifat terpenting partikel elementer adalah kemampuannya untuk dilahirkan dan diubah menjadi satu sama lain selama tumbukan. Agar proses seperti itu dapat terjadi, partikel-partikel yang bertabrakan harus memiliki energi yang tinggi. Oleh karena itu, fisika partikel disebut juga fisika energi tinggi.

Menurut masa hidupnya, semua partikel elementer dibagi menjadi tiga kelompok: stabil, tidak stabil, dan beresonansi.

Partikel stabil ada dalam keadaan bebas untuk waktu yang tidak terbatas. Hanya ada 11 partikel seperti itu: proton p, elektron e, elektron neutrino ν 0, muon neutrino νμ, taun neutrino ντ, antipartikelnya p, e, ν e, νμ, ντ. , dan ditambah foton γ. Bukti eksperimental peluruhan spontan partikel-partikel ini masih belum diketahui.

Partikel yang tidak stabil mempunyai umur rata-rata τ. yang sangat besar dibandingkan dengan karakteristik waktu terbang nuklir yaitu 10 -23 detik (waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melintasi diameter inti atom). Misalnya, untuk neutron τ = 16 menit, untuk muon τ = 10 -6 s, untuk pion bermuatan τ = 10 -8 s, untuk hiperon dan kaon τ = 10 -4 s.

Resonansi memiliki masa hidup yang sebanding dengan waktu terbang yaitu 10 -23 detik. Mereka dicatat oleh resonansi pada kurva penampang reaksi versus energi. Banyak resonansi yang ditafsirkan sebagai keadaan tereksitasi nukleon dan partikel lainnya.

2. Interaksi mendasar. Variasi interaksi yang diamati antara partikel elementer dan alam secara keseluruhan terbagi menjadi 4 jenis utama: kuat, elektromagnetik, lemah, dan gravitasi. Interaksi kuat menahan nukleon dalam inti atom dan melekat pada hadron (proton, neutron, meson, hiperon, dll). Interaksi elektromagnetik adalah interaksi yang memanifestasikan dirinya pada tingkat makro - elastis, kental, molekuler, kimia, dll. Interaksi yang lemah menyebabkan peluruhan β inti dan, bersama dengan gaya elektromagnetik, mengontrol perilaku pepton - partikel elementer dengan putaran setengah bilangan bulat yang tidak berpartisipasi dalam interaksi yang kuat. Interaksi gravitasi melekat pada semua benda material.

Bandingkan interaksi mendasar satu sama lain tetapi intensitasnya. Tidak ada definisi yang jelas mengenai konsep ini dan tidak ada metode untuk membandingkan intensitas. Oleh karena itu, digunakan perbandingan berdasarkan sekumpulan fenomena.

Misalnya, perbandingan gaya tarik gravitasi antara dua proton dengan gaya tolak Coulomb adalah G (m p m p /r 2) /(e 2 /4πε 0 r 2) = 4πε 0 G(m p 2 /e 2) = 10 -36. Angka ini diambil sebagai ukuran rasio interaksi gravitasi dan elektromagnetik.

Rasio antara interaksi kuat dan elektromagnetik, ditentukan dari penampang dan energi reaksi nuklir, diperkirakan 10 4:1. Intensitas interaksi kuat dan lemah dibandingkan dengan cara yang sama.

Selain intensitas, waktu dan jarak interaksi juga digunakan sebagai ukuran perbandingan interaksi. Biasanya, untuk membandingkan waktu, kita mengambil laju proses pada energi kinetik partikel yang bertabrakan E = 1 GeV. Pada energi seperti itu, proses yang disebabkan oleh interaksi kuat terjadi selama penerbangan nuklir 10 -23 detik, proses yang disebabkan oleh interaksi elektromagnetik memakan waktu sekitar 10 -19 detik, interaksi lemah membutuhkan waktu sekitar 10 -9 detik, dan interaksi gravitasi memakan waktu sekitar 10 +16 S. .

Jalur bebas rata-rata suatu partikel dalam suatu zat biasanya diambil sebagai jarak untuk membandingkan interaksi. Partikel yang berinteraksi kuat dengan E = 1 GeV ditahan oleh lapisan logam berat setebal 1 m, sedangkan neutrino, yang hanya mampu berpartisipasi dalam interaksi lemah, dengan energi 100 kali lebih kecil (E = 10 MeV) dapat ditahan olehnya. lapisan 10 9 km!

A. Interaksi yang kuat tidak hanya yang paling intens, tetapi juga yang sifatnya paling pendek. Pada jarak melebihi 10 -15 m, perannya menjadi diabaikan. Meskipun menjamin stabilitas inti, interaksi ini hampir tidak berpengaruh pada fenomena atom. Interaksi yang kuat tidak bersifat universal. Itu tidak melekat pada semua partikel, tetapi hanya pada hadron - nukleon, meson, hiperon, dll. Ada partikel - foton, elektron, muon, neutrino - yang tidak mengalami interaksi kuat dan tidak dilahirkan karena tumbukan.

B. Interaksi elektromagnetik intensitasnya 4 kali lipat lebih rendah dari kuat. Area utama manifestasinya adalah jarak mulai dari diameter inti 10 -15 m hingga sekitar 1 m. Ini termasuk struktur atom, molekul, kristal, reaksi kimia, deformasi, gesekan, cahaya, gelombang radio dan banyak fenomena fisik lainnya yang dapat diakses oleh persepsi manusia.

Interaksi elektromagnetik paling kuat terjadi pada partikel bermuatan listrik. Pada partikel netral dengan putaran bukan nol, ia memanifestasikan dirinya lebih lemah dan hanya karena fakta bahwa partikel tersebut memiliki momen magnet orde М=eћ/2m. Interaksi elektromagnetik bahkan lebih lemah pada pion netral π 0 dan pada neutrino.

Sifat yang sangat penting dari interaksi EM adalah adanya tolakan antara partikel bermuatan sejenis dan tarik menarik antara partikel bermuatan berbeda. Oleh karena itu, interaksi EM antara atom dan benda lain dengan muatan bersih nol mempunyai jangkauan yang relatif pendek, meskipun gaya Coulomb antar partikel bermuatan mempunyai jangkauan yang jauh.

e.Interaksi yang lemah dapat diabaikan dibandingkan dengan yang kuat dan elektromagnetik. Namun seiring berkurangnya jarak, hal itu meningkat dengan cepat. Jika kita berasumsi bahwa dinamika pertumbuhan dipertahankan cukup dalam, maka pada jarak sekitar 10 -20 m interaksi lemah akan sama dengan interaksi kuat. Namun jarak tersebut belum tersedia untuk penelitian eksperimental.

Interaksi yang lemah menyebabkan beberapa proses interkonversi partikel. Misalnya, partikel sigma-plus-hiperon, hanya di bawah pengaruh interaksi lemah, meluruh menjadi proton dan pion netral, Σ + => p + π 0. Karena interaksi yang lemah, peluruhan β terjadi. Partikel seperti hiperon, kaon, muon akan stabil jika tidak ada interaksi lemah.

d.Interaksi gravitasi yang paling lemah. Namun ia dicirikan oleh aksi jarak jauh, universalitas absolut (semua benda tertarik) dan tanda yang sama antara pasangan partikel mana pun. Sifat terakhir mengarah pada fakta bahwa gaya gravitasi selalu meningkat seiring dengan bertambahnya massa benda. Oleh karena itu, gravitasi, meskipun intensitas relatifnya tidak signifikan, memperoleh peran yang menentukan dalam interaksi benda-benda kosmik - planet, bintang, galaksi.

Dalam dunia partikel elementer, peran gravitasi dapat diabaikan. Oleh karena itu, dalam fisika atom, inti dan partikel elementer, interaksi gravitasi tidak diperhitungkan.

3. Ciri-ciri partikel elementer. Hingga awal tahun 50-an abad ke-20, ketika jumlah partikel yang ditemukan relatif kecil, besaran fisika umum digunakan untuk mendeskripsikan partikel - massa m, energi kinetik E, momentum p, dan satu bilangan kuantum - putaran s, yang memungkinkan untuk menilai besarnya momen mekanik dan magnet partikel. Untuk partikel tidak stabil, umur rata-rata τ ditambahkan di sini.

Namun lambat laun, dalam pola kelahiran dan peluruhan partikel tertentu, beberapa ciri khusus partikel tersebut dapat diidentifikasi. Untuk menentukan sifat-sifat ini, bilangan kuantum baru harus diperkenalkan. Beberapa di antaranya disebut dakwaan.

Misalnya, selama peluruhan partikel berat, misalnya neutron, tidak pernah terjadi hanya partikel ringan yang terbentuk, misalnya elektron e - , e + dan neutrino. Sebaliknya, ketika elektron dan positron bertabrakan, neutron tidak dapat diperoleh, meskipun hukum kekekalan energi dan momentum terpenuhi. Untuk mencerminkan pola ini, bilangan kuantum muatan baryon B diperkenalkan. Mereka mulai percaya bahwa partikel berat tersebut - baryon memiliki B = 1, dan antipartikelnya B = -1. Untuk partikel cahaya B = 0. Hasilnya, pola yang ditemukan berupa hukum kekekalan muatan baryon.

Demikian pula, untuk partikel cahaya, bilangan kuantum diperkenalkan secara empiris - muatan lepton L - tanda larangan transformasi tertentu. Kita sepakat untuk mengasumsikan bahwa muatan lepton L e = +1 untuk elektron e - dan neutrino elektron ν e ,L µ = + 1 untuk muon negatif µ - dan neutrino muonik ν µ ,L τ = +1 untuk taon negatif τ - dan taon neutrino v τ . Untuk antipartikel yang bersesuaian L= -1. Seperti muatan baryon, muatan leptonik kekal dalam semua interaksi.

Dengan ditemukannya hiperon yang lahir dalam interaksi kuat, ternyata masa hidupnya tidak sama dengan waktu terbang 10 -23 detik, yang merupakan ciri khas partikel yang berinteraksi kuat, melainkan 10 13 kali lebih lama. Hal ini tampaknya tidak terduga dan aneh dan hanya dapat dijelaskan oleh fakta bahwa partikel yang lahir dalam interaksi kuat meluruh dalam interaksi lemah. Untuk mencerminkan sifat partikel ini, keanehan bilangan kuantum S diperkenalkan. Partikel asing memiliki S = + 1, antipartikelnya memiliki S = - 1, dan partikel lain memiliki S = 0.

Muatan listrik Q mikropartikel dinyatakan melalui rasionya terhadap muatan unsur positif e+. Oleh karena itu, muatan listrik Q partikel juga merupakan bilangan kuantum bilangan bulat. Untuk proton Q = + 1, untuk elektron Q = -1, untuk neutron, neutrino dan partikel netral lainnya Q = 0.

Selain parameter yang disebutkan, partikel elementer memiliki karakteristik lain yang tidak dipertimbangkan di sini.

4. Hukum kekekalan dalam fisika partikel dapat dibagi menjadi tiga kelompok: undang-undang konservasi umum, undang-undang konservasi yang tepat mengenai pungutan, dan undang-undang konservasi perkiraan.

A . Hukum konservasi universal dilakukan secara akurat terlepas dari skala fenomenanya - di dunia mikro, makro, dan mega. Hukum-hukum ini mengikuti geometri ruang-waktu. Homogenitas waktu mengarah pada hukum kekekalan energi, homogenitas ruang - ke hukum kekekalan momentum, isotropi ruang - ke hukum kekekalan momentum sudut, persamaan ISO - ke hukum kekekalan pusat kelembaman. Selain 4 hukum ini, ini mencakup dua hukum lagi yang terkait dengan simetri ruang - waktu relatif terhadap pantulan cermin dari sumbu koordinat. Dari simetri cermin sumbu koordinat maka kesimetrian kanan-kiri ruang adalah identik (hukum kekekalan paritas). Hukum yang terkait dengan simetri cermin waktu berbicara tentang identitas fenomena dalam mikrokosmos sehubungan dengan perubahan tanda waktu.

B. Hukum kekekalan pungutan yang pasti. Setiap sistem fisik diberi muatan bilangan bulat untuk setiap jenisnya. Setiap muatan bersifat aditif dan dilestarikan. Ada 5 muatan seperti itu: listrik Q, baryon B, tiga muatan leigonik - elektron L e, muon L µ ton L τ. Semua muatan adalah bilangan bulat dan dapat bernilai nol positif dan negatif.

Muatan listrik mempunyai arti ganda. Ini tidak hanya mewakili bilangan kuantum, tetapi juga merupakan sumber medan gaya. Muatan baryon dan leptonik bukanlah sumber medan gaya. Untuk sistem yang kompleks, muatan total jenis apa pun sama dengan jumlah muatan masing-masing partikel elementer yang termasuk dalam sistem.

V. Perkiraan hukum konservasi dipenuhi hanya dalam jenis interaksi fundamental tertentu. Mereka berhubungan dengan ciri-ciri seperti keanehan S, dll.

Semua undang-undang konservasi yang tercantum dirangkum dalam Tabel 26.2.

5. Partikel dan antipartikel mempunyai massa yang sama, tetapi semua muatannya berlawanan. Pemilihan pasangan partikel dan antipartikel bersifat arbitrer. Misalnya, pada pasangan elektron + positron, mereka sepakat untuk menganggap elektron e sebagai partikel, dan positron e + sebagai antipartikel. Muatan elektron Q =-1, B = 0, Le = +1, Lµ= 0, Lτ =0. Muatan positron Q = +1, V = 0, Le=-1, Lµ= 0, Lτ =0

Semua muatan sistem partikel + antipartikel sama dengan nol. Sistem yang semua muatannya sama dengan nol disebut benar-benar netral. Ada netral dan partikel sejati. Ada dua di antaranya: γ - kuantum (foton) dan η - meson. Partikel dan antipartikel identik di sini.

6. Klasifikasi partikel elementer belum selesai. Salah satu klasifikasi saat ini didasarkan pada rata-rata masa hidup τ, massa m, putaran s, lima jenis muatan, keanehan S, dan parameter partikel lainnya. Semua partikel dibagi menjadi 4 kelas.

Kelas 1 dibentuk oleh satu partikel - foton. Sebuah foton tidak memiliki massa diam dan semua muatan. Foton tidak mengalami interaksi yang kuat. Putarannya adalah 1, yang berarti secara statistik ia adalah boson.

Kelas 2 dibentuk oleh lepton. Ini adalah partikel ringan dengan muatan baryon nol. Setiap partikel - laptop, salah satu muatan lentonnya tidak sama dengan nol. Lepton tidak mengalami interaksi yang kuat. Putaran semua lepton adalah 1/2, menurut statistik, mereka adalah fermion.

Kelas 3 dibentuk oleh meson. Ini adalah partikel dengan muatan baryon dan lepton nol yang berpartisipasi dalam interaksi kuat. Semua meson memiliki putaran bilangan bulat, yaitu menurut statistik, mereka adalah boson.

Kelas 4 terdiri dari baryon. Ini adalah partikel berat dengan muatan baryon bukan nol B ≠ O dan muatan lepton nol, Le,Lµ,Lτ = 0. Mereka memiliki putaran setengah bilangan bulat (fermion) dan berpartisipasi dalam interaksi kuat. Karena kemampuan partikel kelas 3 dan 4 untuk berpartisipasi dalam interaksi kuat, mereka disebut juga hadron.

Tabel 26.3 menunjukkan partikel yang diketahui - bukan resonansi dengan karakteristik utamanya. Partikel dan antipartikel diberikan. Partikel netral sejati yang tidak mempunyai antipartikel ditempatkan di tengah kolom. Nama diberikan untuk partikel saja. Antipartikel yang sesuai diperoleh hanya dengan menambahkan awalan “anti” pada nama Partikel. Misalnya proton - antiproton, neutron - antineutron.

Antielektron e + memiliki nama historis positron. Sehubungan dengan pion dan kaon bermuatan, istilah “antipartikel” praktis tidak digunakan. Mereka hanya berbeda dalam muatan listriknya. Oleh karena itu, mereka hanya berbicara tentang pion dan kaon positif atau negatif.

Tanda atas muatan menunjukkan partikel, tanda bawah menunjukkan antipartikel. Misalnya untuk pasangan elektron - positron Le = ± 1. Artinya elektron memiliki Le = + 1, dan positron memiliki Le = -1.

Notasi berikut digunakan dalam tabel: Q - muatan listrik, B muatan baryon Le, Lµ, Lτ - masing-masing, elektron, muon, muatan leptopik taonik, S - keanehan, s - putaran, τ - umur rata-rata.

Massa sisanya m diberikan dalam megaelektronvolt. Dari persamaan relativistik mc 2 =еU maka m=eU/c 2 . Energi partikel sebesar 1 MeV sama dengan massa m=eU/c 2 =1,6 *10 -19 /9*10 16 =17,71*10 -31 kg. Ini tentang dua massa elektron. Dibagi dengan massa elektron m e = 9,11*10 -31 kg, kita peroleh m = 1,94 m e.

Massa elektron, dinyatakan dalam energi, adalah m e =0,511 MeV.

7. Model quark dari hadron. Hadron adalah partikel elementer yang berpartisipasi dalam interaksi kuat. Ini adalah meson dan baryon. Pada tahun 1964, orang Amerika Murray Gell-Mann dan George Zweig berhipotesis bahwa struktur dan sifat hadron dapat dipahami lebih baik dengan mengasumsikan bahwa hadron terdiri dari partikel yang lebih mendasar, yang disebut Gell-Mann sebagai quark. Hipotesis quark terbukti sangat bermanfaat dan sekarang diterima secara umum.

Jumlah quark yang diduga terus meningkat. Sampai saat ini, 5 jenis (rasa) quark telah dipelajari dengan paling baik: quark u dengan massa mu = 5 MeV, quark d dengan massa m d = 7 MeV, quark s dengan ms = 150 MeV, quark c dengan mc = 1300 MeV dan kuark b dengan mb=5000 MeV. Setiap quark memiliki antiquarknya sendiri.

Semua quark yang terdaftar memiliki spin 1/2 yang sama dan muatan baryon B = 1/3 yang sama. Quark u, c mempunyai muatan positif pecahan Q = + 2/3, quark d, s, b mempunyai

muatan negatif pecahan Q = - 1/3. Quark s adalah pembawa keanehan, quark c adalah pembawa pesona, dan quark b adalah pembawa keindahan (Tabel 26.4).

Setiap hadron dapat direpresentasikan sebagai kombinasi beberapa quark. Bilangan kuantum Q, B, S dari hadron diperoleh sebagai jumlah dari bilangan-bilangan quark yang membentuk hadron. Jika dua quark identik memasuki hadron, putarannya berlawanan.

Baryon memiliki putaran setengah bilangan bulat, sehingga dapat terdiri dari jumlah quark yang ganjil. Misalnya sebuah proton terdiri dari tiga quark, p => uud. Muatan listrik proton Q =+ 2/3+2/3 – 1/3 = 1, muatan baryon proton B = 1/3+ 1/3 + 1/3 = 1, keanehan S = O, spin s = 1/2 – 1/2 +1/2=1/2.

Neutron juga terdiri dari tiga quark, n => udd. Q =2/3-1/3- 1/3 =O, B = 1/3+1/3+1/3=1, S = 0, s = 1/2 – 1/2 + 1/2 = 1/2. Kombinasi tiga quark dapat digunakan untuk mewakili baryon berikut: Λ 0 (uds), Σ + (uus), Σ 0 (uds), Σ - (dds),Ξ 0 (uss), Ξ - (dss), Ω - (sss) a°(kita). Dalam kasus terakhir, putaran semua quark diarahkan ke arah yang sama. Oleh karena itu Ω - - hyperon mempunyai spin 3/2.

Antipartikel baryon terbentuk dari antiquark yang sesuai.

Meson terdiri dari dua quark dan sebuah antiquark. Misalnya pion positifnya adalah π + (ud). Muatannya Q = +2/3- (-1/3) = 1, B = 1/3-1/3= O, S = 0, putaran 1/2 – 1/2= 0.

Model quark mengasumsikan bahwa quark ada di dalam hadron, namun pengalaman menunjukkan bahwa quark tidak dapat lepas dari hadron. Namun setidaknya pada energi yang dapat dicapai dengan akselerator modern. Ada kemungkinan besar bahwa quark tidak dapat hidup dalam keadaan bebas sama sekali.

Fisika energi tinggi modern percaya bahwa interaksi antara quark dilakukan melalui partikel khusus - gluon. Massa sisa gluon adalah nol, putarannya sama dengan satu. Ada kemungkinan terdapat sekitar selusin jenis gluon yang berbeda.

– benda material yang tidak dapat dibagi-bagi menjadi bagian-bagian penyusunnya.
Sesuai dengan definisi ini, molekul, atom, dan inti atom yang dapat dibagi menjadi bagian-bagian penyusunnya tidak dapat diklasifikasikan sebagai partikel elementer - atom dibagi menjadi inti dan elektron orbital, inti menjadi nukleon.< 10 -17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

Pada saat yang sama, nukleon, yang terdiri dari partikel yang lebih kecil dan lebih mendasar - quark, tidak dapat dibagi lagi menjadi quark ini. Oleh karena itu, nukleon diklasifikasikan sebagai partikel elementer. Mengingat fakta bahwa nukleon dan hadron lainnya memiliki struktur internal kompleks yang terdiri dari partikel yang lebih mendasar - quark, maka lebih tepat untuk menyebut hadron bukan partikel elementer, tetapi sekadar partikel.

Partikel berukuran lebih kecil dari inti atom. Dimensi inti adalah 10 -13 − 10 -12 cm. Partikel terbesar (termasuk nukleon) terdiri dari quark (dua atau tiga) dan disebut hadron.
Dimensinya adalah ≈ 10 -13 cm. Ada juga yang tidak berstruktur (pada tingkat pengetahuan saat ini) seperti titik (				Tabel 1			Fermion mendasar Interaksi
			Generasi	Mengenakan biaya	ν μ	ν τ
				Tanya Jawab	μ	τ
			quark		lepton	e	+2/3
					e	C	-1/3

T

S

B
Partikel fundamentalnya adalah 6 quark dan 6 lepton (Tabel 1), memiliki spin 1/2 (ini adalah fermion fundamental) dan beberapa partikel dengan spin 1 (gluon, foton, W ± dan Z boson), serta graviton (spin 2), disebut boson fundamental (Tabel 2). Fermion fundamental dibagi menjadi tiga kelompok (generasi), yang masing-masing berisi 2 quark dan 2 lepton. Semua materi yang dapat diamati terdiri dari partikel generasi pertama (quark u, d, elektron e -): nukleon terbuat dari quark u dan d, inti terbuat dari nukleon. Inti dengan elektron pada orbitnya membentuk atom, dll.	Tabel 2	Interaksi Mendasar	Interaksi Kuantum lapangan	Jari-jari, cm Konstanta interaksi
(urutan besarnya)	Contoh	10 -13	1	manifestasi
kuat	gluon		10 -2	inti, hadron
elektromagnetik	γ-kuantum	10 -16	10 -6	atom
lemah	W ± , Z	∞	10 -38	peluruhan γ

Peran boson fundamental adalah mereka mewujudkan interaksi antar partikel, menjadi “pembawa” interaksi.
Selama berbagai interaksi, partikel bertukar boson fundamental. Partikel berpartisipasi dalam empat interaksi mendasar - kuat (1), elektromagnetik (10 -2), lemah (10 -6) dan gravitasi (10 -38). Angka-angka dalam tanda kurung mencirikan kekuatan relatif setiap interaksi pada wilayah energi kurang dari 1 GeV.
Quark (dan hadron) berpartisipasi dalam semua interaksi. Lepton tidak berpartisipasi dalam interaksi yang kuat. Pembawa interaksi kuat adalah gluon (8 jenis), interaksi elektromagnetik adalah foton, interaksi lemah adalah boson W± dan Z, dan interaksi gravitasi adalah graviton.