کوارکها و لپتونها
کوارکها و لپتونها دو خانواده از فرمیونهای بنیادی با اسپین ۱/۲ هستند که تمام ماده شناختهشده در مدل استاندارد را تشکیل میدهند.
Definition
کوارکها و لپتونها فرمیونهای بنیادی با اسپین ۱/۲ مدل استاندارد هستند؛ کوارکها (بالا، پایین، افسون، شگفت، سر، ته) حامل بار رنگی هستند و با هم ترکیب میشوند تا هادرونها را تشکیل دهند، در حالی که لپتونها (الکترون، میون، تاو، و نوترینوهای آنها) هیچ رنگی ندارند و فقط از طریق نیروی الکتروضعیف برهمکنش میکنند.
Scope
این موضوع شش کوارک و شش لپتون، آرایش آنها در سه نسل، و اعداد کوانتومی که آنها را متمایز میکنند (بار الکتریکی، رنگ، ایزواسپین ضعیف، و طعم) را پوشش میدهد. همچنین به تمایز بین کوارکها، که حامل رنگ هستند و در داخل هادرونها محبوس میشوند، و لپتونها، که بیرنگ هستند و میتوانند به عنوان ذرات آزاد وجود داشته باشند، همراه با پادذرات آنها و الگوی تجربی جرم فرمیونها میپردازد.
Core questions
- چرا کوارکها و لپتونها دقیقاً در سه نسل با جرم فزاینده ظاهر میشوند؟
- چه اعداد کوانتومی کوارکها و لپتونهای مختلف را متمایز میکنند؟
- چرا کوارکها در داخل هادرونها محبوس هستند در حالی که لپتونها آزادانه وجود دارند؟
- چگونه برهمکنشهای ضعیف تغییردهنده طعم، نسلهای کوارک را با هم مخلوط میکنند؟
Key concepts
- شش طعم کوارک و بار الکتریکی کسری
- لپتونهای باردار و نوترینوها
- سه نسل فرمیون
- بار رنگی و حبس کوارکها
- دوبلتهای ایزواسپین ضعیف
- پادکوارکها و پادلپتونها
Key theories
- مدل کوارک هادرونها
- گل-مان و تسوایگ پیشنهاد کردند که هادرونها از کوارکهای با بار کسری تشکیل شدهاند، به طوری که باریونها از سه کوارک و مزونها از یک جفت کوارک-پادکوارک ساخته شدهاند، که طیف مشاهدهشده ذرات با برهمکنش قوی را توضیح میدهد.
- ساختار طعم سه نسلی
- کوارکها و لپتونها در سه نسل با برهمکنشهای پیمانهای یکسان اما جرمهای متفاوت تکرار میشوند، و نسلهای کوارک از طریق ماتریس کابیبو-کوبایاشی-ماسکاوا در فرآیندهای ضعیف جریان باردار با هم مخلوط میشوند.
Clinical relevance
خواص کوارکها و لپتونها بلوکهای سازنده تمام ماده اتمی را تعیین میکنند، ترکیب پروتونها و نوترونها را کنترل میکنند، و با دقت بالا در آزمایشهای برخورددهنده و هدف ثابت اندازهگیری میشوند که مدل استاندارد را آزمایش کرده و به دنبال نسلهای جدید یا زیرساختار میگردند.
History
مدل کوارک به طور مستقل توسط گل-مان و تسوایگ در سال ۱۹۶۴ برای سازماندهی مجموعه فزاینده هادرونها معرفی شد، و آزمایشهای پراکندگی عمیق ناکشسان در SLAC در اواخر دهه ۱۹۶۰ اجزای نقطهای شکل را در داخل پروتون آشکار کرد. خانواده لپتون با کشف میون، تاو، و نوترینوهای مرتبط با آنها گسترش یافت، در حالی که کوارکهای افسون، ته، و سر ساختار سه نسلی را تا سال ۱۹۹۵ تکمیل کردند.
Key figures
- Murray Gell-Mann
- George Zweig
- Makoto Kobayashi
- Toshihide Maskawa
Related topics
Seminal works
- gellmann1964
- halzenmartin1984
Frequently asked questions
- چرا کوارکهای آزاد هرگز مشاهده نشدهاند؟
- کوارکها توسط برهمکنش قوی محبوس میشوند: انرژی لازم برای جداسازی آنها با فاصله افزایش مییابد، بنابراین کشیدن کوارکها از هم، به جای کوارکهای آزاد جدا شده، جفتهای جدید کوارک-پادکوارک تولید میکند.
- چند نسل کوارک و لپتون وجود دارد؟
- سه نسل شناخته شده است. اندازهگیریهای عرض واپاشی بوزون Z، تعداد گونههای نوترینوی سبک را به سه محدود میکند، که با دقیقاً سه نسل از فرمیونهای معمولی سازگار است.