elementary particle (tsz. elementary particles)
Az elemi részecskék (más néven alapvető részecskék) a természet legkisebb építőkövei, amelyek nem bonthatók tovább kisebb összetevőkre jelenlegi tudásunk szerint. Ezek a részecskék az anyag és az erők közvetítői a kvantumfizikában. A modern részecskefizika – elsősorban a Standard Modell – keretében osztályozza és vizsgálja őket.
Az „elemi” azt jelenti, hogy nincs belső szerkezete, nem áll kisebb részekből. Ilyenek például az elektron, a neutrínók vagy a kvarkok. A régi atomelmélet szerint az atom volt oszthatatlan, de ma már tudjuk, hogy az atomokat protonok, neutronok és elektronok alkotják, sőt, a protonok és neutronok kvarkokból állnak.
A Standard Modell a részecskefizika jelenleg legelfogadottabb elméleti keretrendszere. Három fő erőt ír le: az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatást (a gravitációt nem). Az elemi részecskéket két nagy csoportra osztja:
Hat kvarktípus létezik („ízeknek” is nevezik őket):
A proton két up és egy down kvarkból áll, a neutron pedig két down és egy up kvarkból.
Szintén hat típusuk van, három részecske és hozzájuk tartozó három neutrínó:
A leptonok nem vesznek részt az erős kölcsönhatásban.
A bozonok közvetítik az alapvető kölcsönhatásokat:
A gravitáció közvetítő részecskéje, a graviton, még hipotetikus: a Standard Modell nem tartalmazza, mert a gravitáció kvantumelmélete még nem teljes.
A fermionok három generációba sorolhatók, mindegyik egyre nehezebb részecskéket tartalmaz:
| Generáció | Kvarkpár | Leptonpár |
|---|---|---|
| 1. | u, d | elektron, νₑ |
| 2. | c, s | müon, ν_μ |
| 3. | t, b | tau, ν_τ |
A hétköznapi anyag szinte teljesen az 1. generációból épül fel.
Minden elemi részecskéhez tartozik antirészecske, amelynek azonos tömege, de ellentétes töltése van. Például:
Amikor részecske és antirészecske találkozik, annihilálódnak – energiává alakulnak.
Az elemi részecskék kutatása nagyrészt nagyenergiás részecskegyorsítókkal történik, mint a CERN (Genf, LHC – Large Hadron Collider). Az ütközések során új részecskék jönnek létre, amelyeket detektorokkal vizsgálnak.
A Higgs-bozon 2012-es felfedezése volt az utóbbi évtized egyik legnagyobb áttörése.
Bár a Standard Modell rendkívül sikeres, nem teljes:
Lehetséges kiterjesztések:
Az elemi részecskék a világmindenség legalapvetőbb összetevői. Az anyag fermionokból épül fel, míg a kölcsönhatásokat bozonok közvetítik. A Standard Modell több évtizedes kutatások eredménye, és meglepően pontosan leírja a megfigyelt jelenségeket. Ugyanakkor sok megválaszolatlan kérdés maradt, és a kutatás tovább folytatódik, hogy felfedje a természet legmélyebb törvényeit.