חלקיקים יסודיים הם אבני הבניין הקטנות הידועות ביותר ביקום. הם חושבים שאין להם מבנה פנימי, כלומר החוקרים חושבים עליהם כנקודות ממדי אפס שאינם תופסים מקום. אלקטרונים הם ככל הנראה החלקיקים האלמנטריים המוכרים ביותר, אך המודל הסטנדרטי של הפיזיקה, המתאר את האינטראקציות של חלקיקים וכמעט כל הכוחות, מכיר 10 חלקיקים אלמנטריים כלליים.
אלקטרונים וחלקיקים קשורים
אלקטרונים הם המרכיבים הטעונים לרעה של האטומים. למרות שנחשבים שהם חלקיקי נקודה ממדי אפס, האלקטרונים מוקפים בענן של חלקיקים וירטואליים אחרים הקורצים ללא הרף אל תוך הקיום ומחוצה לו, הפועלים למעשה כחלק מהאלקטרון עצמו. יש תיאוריות שחזו כי לאלקטרון יש מוט חיובי מעט ועמוד שלילי מעט, כלומר ענן החלקיקים הווירטואליים הזה צריך להיות מעט סימטרי.
אם זה היה המקרה, אלקטרונים עשויים להתנהג אחרת מכפי שהם מכפילים את האנטי-חומר, הפוזיטרונים שלהם, ויתכן שהם מסבירים תעלומות רבות לגבי חומר ואנטי-חומר. אולם פיסיקאים מדדו שוב ושוב את צורתו של אלקטרון ומצאו שהוא עגול לחלוטין למיטב ידיעתם, והשאיר אותם ללא תשובות למגבלות האנטי-חומר.
לאלקטרון יש שני בני דודים כבדים יותר, המכונים המואון והטאו. מונונים יכולים להיווצר כאשר קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה מהחלל החיצון פוגעות בראש האטמוספרה של כדור הארץ, ויוצרות מקלחת של חלקיקים אקזוטיים. טאוס הם אפילו נדירים יותר וקשים לייצור, מכיוון שהם יותר כ -3,400 כבד יותר מאלקטרונים. נייטרינו, אלקטרונים, מואונים וטאוס מהווים קטגוריה של חלקיקים יסודיים הנקראים לפטונים.
הקווארקים והמוזרויות שלהם
קוורקים, המרכיבים פרוטונים ונויטרונים, הם סוג אחר של חלקיק יסודי. יחד עם הלפטונים מרכיבים הקווארקים את הדברים שאנו חושבים עליהם כחומר.
פעם, המדענים האמינו כי האטומים הם האובייקטים הקטנים ביותר האפשריים; המילה באה "אטומוס" היוונית, שמשמעותה "בלתי ניתן לחלוקה". בסביבות סוף המאה העשרים הוכח כי גרעינים אטומיים מורכבים מפרוטונים ונויטרונים. ואז, לאורך שנות ה -50 וה -60, מאיצי החלקיקים חשפו כל הזמן שלל חלקיקים תת-אטומיים אקזוטיים, כמו פיונים וקאונים.
בשנת 1964 הציעו הפיזיקאים מוריי גל-מאן וג'ורג 'צוויג באופן עצמאי מודל שיכול להסביר את פעולתם הפנימית של פרוטונים, נויטרונים ושאר גן החיות החלקיקי, על פי דו"ח היסטורי ממעבדת המאיץ הלאומי של SLAC בקליפורניה. שוכנים בתוך פרוטונים ונויטרונים הם חלקיקים זעירים המכונים קווארקים, המגיעים בשישה סוגים או טעמים אפשריים: למעלה, למטה, מוזר, קסם, מלמטה ומעלה.
פרוטונים עשויים משני קווארקים מעלה וקווארק מטה, ואילו הנויטרונים מורכבים משני מטה ומעלה. הקווארקים למעלה ולמטה הם הזנים הקלים ביותר. מכיוון שחלקיקים מסיביים יותר נוטים להתפורר לחלקים פחות מאסיביים, הקווארקים העליונים והמטה הם גם הנפוצים ביותר ביקום; לכן פרוטונים וניוטרונים מהווים את מרבית העניין שאנחנו מכירים.
עד 1977, פיזיקאים בודדו חמישה מששת הקווארקים במעבדה - למעלה, למטה, מוזר, קסם ותחתית - אך רק בשנת 1995 מצאו החוקרים במעבדת המאיץ הלאומי פרמילאב באילינוי את הקווארק האחרון, הקווארק העליון. החיפוש אחר זה היה אינטנסיבי כמו הציד אחר כך אחר בוסון היגס. הקווארק העליון היה כל כך קשה לייצור מכיוון שהוא כ100- טריליון כבד כפול מקווארקים, כלומר הוא נדרש להרוויח הרבה יותר אנרגיה במאיצי החלקיקים.
החלקיקים הבסיסיים של הטבע
ואז יש את ארבעת כוחות היסוד של הטבע: אלקטרומגנטיות, כוח משיכה וכוחות גרעיניים חזקים וחלשים. לכל אחד מהם חלקיק יסודי קשור.
פוטונים הם הידועים ביותר; הם נושאים את הכוח האלקטרומגנטי. גלואונים נושאים את הכוח הגרעיני החזק ושוכנים עם קווארקים בתוך פרוטונים ונויטרונים. הכוח החלש, המתווך תגובות גרעיניות מסוימות, נישא על ידי שני חלקיקים יסודיים, הבוסונים W ו- Z. Neutrinos, שרק חשים את הכוח החלש וכוח המשיכה, מקיימים אינטראקציה עם הבוזונים הללו, וכך פיזיקאים הצליחו לספק לראשונה עדויות לקיומם באמצעות נייטרינים, על פי CERN.
כוח המשיכה הוא מבחוץ כאן. זה לא משולב במודל הסטנדרטי, אם כי פיזיקאים חושדים שהוא יכול להיות בעל חלקיק יסודי קשור, שייקרא הגרביטון. אם קיימים גרביטונים, יתכן ויהיה ניתן ליצור אותם ב- Large Hadron Collider (LHC) בג'נבה, שוויץ, אך הם היו נעלמים במהירות לממדים נוספים ומשאירים אחריהם אזור ריק במקום בו היו נמצאים, לפי CERN. עד כה, ה- LHC לא ראה עדויות לכבידה או לממדים נוספים.
בוזון היגס החמקמק
לבסוף יש את בוזון היגס, מלך החלקיקים היסודיים, האחראי לתת לכל החלקיקים האחרים את המסה שלהם. ציד אחר היגס היה מאמץ מרכזי עבור מדענים ששואפים להשלים את הקטלוג שלהם לדגם הסטנדרטי. כאשר הבחינו סוף סוף בהיגס, בשנת 2012, פיזיקאים שמחו, אך התוצאות גם הותירו אותם במקום קשה.
ההיגס נראה פחות או יותר בדיוק כמו שחזה היה נראה, אך מדענים קיוו לעוד. ידוע שהמודל הסטנדרטי אינו שלם; למשל, חסר תיאור של כוח המשיכה, וחוקרים חשבו שמציאת ההיגס תסייע להצביע על תיאוריות אחרות שיכולות להחליף את המודל הסטנדרטי. אך עד כה הם עלו ריקים במהלך החיפוש ההוא.
נוסף משאבים:
