Sisu
- Kvargid ja leptonid on mõlemad põhiosakesed
- Leptonitel on täisarv; Kvarkadel on murdosa tasu
- Leptonid võivad vabalt eksisteerida; Quarks ei saa
- Kvargid ja leptonid alluvad erinevatele põhijõududele
Osakeste füüsika on füüsika alamvaldkond, mis tegeleb elementaarsete subatomaatiliste osakeste - aatomite moodustavate osakeste - uurimisega. 20. sajandi alguses tehti palju eksperimentaalseid läbimurdeid, mille kohaselt aatomid, mis usuti olevat mateeria väikseim komponent, koosnevad veelgi väiksematest osakestest. Selle selgitamiseks töötati välja uued teooriad (näiteks osakeste füüsika standardmudel), kavandati palju uusi katseid (kasutades selliseid seadmeid nagu osakeste kiirendid) ja järk-järgult selgus, et aatomeid moodustavad osakesed võivad veelgi laguneda. Selliste osakeste kaks näidet on kvargid ja leptonid ning kuigi seda tüüpi osakestel on palju ühist, on nende erinevused sageli suured.
Kvargid ja leptonid on mõlemad põhiosakesed
Praegu arvatakse, et kvargid (mida Nobeli preemia laureaat Murray Gell-Mann on nimetanud James Joyce'i raamatu "Finnegans Wake" tsitaadi järgi) ja leptonid on kõige põhjapanevamad osakesed; see tähendab, et neid ei saa jagada edasisteks koostisosadeks. Kvargid ja leptonid pole ka ise osakesed; pigem viitavad nad osakeste perekondadele, mis kõik sisaldavad kuut liiget. Kvarkide osakeste perekond koosneb üles, alla, ülalt, alt, võludest ja kummalistest osakestest, leptonid aga elektronide, elektronide neutriino, müoni, müoni neutriino, tau ja tau neutriino osakestega. Iga osakesega on seotud ka antiosakesed, antiosakesed on vastava osakese vastas asuv peegel (nt millel on vastupidine laeng).
Leptonitel on täisarv; Kvarkadel on murdosa tasu
Leptoonidel on elektri, ühe müoni või tau korral kas ühe põhilaengu ühik (määratletud kui ühe elektroni laeng) või vastavate neutrinode korral laeng puudub. Teisalt on kvarkidel kummalgi laeng (+/- 1/3 või +/- 2/3, sõltuvalt kvarkist). Kui need kvargid on rühmitatud, siis nende tasude summa moodustab alati täisarvu. Näiteks kui kaks üleskvarki ja üks allapoole kvarki (vastavalt laengutega vastavalt +2/3 ja -1/3) rühmitatakse, lisandub laengute summa +1 ja luuakse uus osake. See uus osake on prooton, aatomituuma üks peamisi komponente.
Leptonid võivad vabalt eksisteerida; Quarks ei saa
Kuigi kõigil kvarkidel on murdosa, ei eksisteeri kvarke looduses kunagi vabalt; selle põhjuseks on põhjajõud, mida nimetatakse "tugevaks jõuks". Tugev jõud, mida vahendavad jõudu kandvad osakesed, mida nimetatakse glloonideks, toimib aatomite tuumas ja hoiab kvarke üksteise ligimeelitatud. Kvarkidevaheline jõud suureneb, kui nad üksteisest lahku lähevad, tagades, et vaba kvarki ei tuvastata kunagi. Kvarkide ja gluonide vastastikmõjudele pühendatud õppesuunda nimetatakse kvantkromodünaamikaks (QCD). Leptonid on seevastu väga "iseseisvad" osakesed ja neid saab eraldada.
Kvargid ja leptonid alluvad erinevatele põhijõududele
Looduses on neli põhijõudu: tugev jõud (mis hoiab aatomituumasid ja kvarke koos), nõrk jõud (mis vastutab radioaktiivse lagunemise eest), elektromagnetiline jõud (mis aitab aatomeid koos hoida) ja gravitatsioonijõud (mis toimib mis tahes objekt, mille mass või energia on universumis). Kvargid on allutatud kõigile põhijõududele; leptonid seevastu alluvad kõigile jõududele, välja arvatud tugev jõud. Selle põhjuseks on asjaolu, et tugeval jõul on väga väike ulatus, tavaliselt väiksem kui aatomituumas; seetõttu piirdub tugev jõud üldiselt selle piirkonnaga. Nõrgad elektromagnetilised ja gravitatsioonilised jõud seevastu võivad tegutseda palju suuremal kaugusel kui tugev jõud suudab.