Στοιχειώδη σωματίδια

Σωματίδια - Σωμάτια

Κατά τη Σωματιδιακή Φυσική στοιχειώδες σωματίδιο χαρακτηρίζεται το μικρότερο δομικό σωματίδιο της ύλης που έχει ανακαλυφθεί και που δεν διαιρείται περαιτέρω - με τα σημερινά δεδομένα - σε ακόμη μικρότερα. Συνεπώς ένα στοιχειώδες σωματίδιο (π.χ. ηλεκτρόνιο) είναι ένα σωματίδιο που δεν έχει εσωτερική δομή, δηλαδή δεν αποτελείται  από άλλα σωματίδια. Τις πιο σύνθετες οντότητες (π.χ. πρωτόνια, νετρόνια) τις ονομάζουμε σωμάτια και αποτελούνται από στοιχειώδη σωματίδια.

Υπάρχουν δύο ομάδες στοιχειωδών σωματιδίων ύλης από 6 σωματίδια η κάθε μία: Η ομάδα των quarks και η ομάδα των leptons (λεπτονίων).  Συνδυασμοί quarks δημιουργούν τα σωμάτια αδρόνια, όπως είναι το πρωτόνιο και το νετρόνιο. Το ηλεκτρόνιο είναι λεπτόνιο άρα είναι στοιχειώδες σωματίδιο. Αρκετοί θεωρούν τα αδρόνια στοιχειώδη σωματίδια με την έννοια ότι δεν μπορούν να χωριστούν στα συστατικά τους, αφού τα quarks δεν μπορούν να υπάρξουν ελεύθερα.

Ολη η συνηθισμένη ορατή ύλη του σύμπαντος αποτελείται από τρία μόλις στοιχειώδη σωματίδια: άνω κουάρκ, κάτω κουάρκ και ηλεκτρόνια. 'Ολα τα υπόλοιπα στοιχειώδη σωματίδια είναι ασταθή και διασπώνται ταχύτατα στα προηγούμενα.

Video for fundamental particles

Χαρακτηριστικά σωματιδίων

• Η μάζα (από μηδέν έως πολύ μεγαλύτερη της μάζας του πρωτονίου)
• Το φορτίο (το οποίο μπορεί να είναι θετικό, αρνητικό ή και μηδενικό αλλά πάντα ακέραιο πολλαπλάσιο του φορτίου του ηλεκτρονίου)
• Το spin (μετράται σε μονάδες h/2π και κυμαίνεται από 0 έως (3/2) (h/2π) με βήματα ίσα προς 1/2 (h/2π), όπου h η σταθερά του Planck).

Σημείωση: Το ηλεκτρόνιο έχει αρνητικό φορτίο ενώ το πρωτόνιο θετικό. Το φορτίο του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου έχει αποδειχθεί ότι είναι ίσα κατ' απόλυτη τιμή μέχρι του εικοστού πρώτου δεκαδικού ψηφίου. Πειραματικά δεν έχει βρεθεί ελεύθερο σωματίδιο με κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο και όσα σωματίδια έχουν κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο (όπως τα quark), δεν απαντώνται σε ελεύθερη κατάσταση. 

Κατηγορίες στοιχειωδών σωματιδίων

• Τα σωματίδια δομής, (φερμιόνια), που συμμετέχουν στη δομή της ύλης (κουάρκ και λεπτόνια)
• Τα σωματίδια φορείς  (μποζόνια) που είναι φορείς των δυνάμεων.

Τα φερμιόνια έχουν σπιν περιττό πολλαπλάσιο του (h/2π) και υπακούουν στην απαγορευτική αρχή Pauli. Ταξινομούνται ανάλογα με το αν αλληλεπιδρούν με την ισχυρή αλληλεπίδραση ή όχι. Υπάρχουν 12 φερμιόνια: 6 κουάρκ (που αλληλεπιδρούν με την ισχυρή αλληλεπίδραση) και 6 λεπτόνια (που δεν αλληλεπιδρούν με την ισχυρή αλληλεπίδραση). Τα μποζόνια έχουν σπιν άρτιο πολλαπλάσιο του (h/2π) και δεν υπακούουν στην απαγορευτική αρχή Pauli.

Αντιύλη

Θα μπορούσαμε να πούμε ότι συνολικά 12 σωματίδια αποτελούν τους βασικούς δομικούς λίθους του σύμπαντος, από τη γέννησή του μέχρι σήμερα. Ομως η σύγχρονη θεωρία που περιγράφει τον μικρόκοσμο, η κβαντομηχανική,  προβλέπει (και έχει αποδειχθεί πειραματικά) την ύπαρξη του αντισωματίδιου: σε κάθε σωματίδιο αντιστοιχεί άλλο ένα, με ίδια μάζα και αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Ετσι ο συνολικός αριθμός των σωματιδίων διπλασιάζεται.