WikiDer > Elementarteilchen

EIN Elementarteilchen ist ein Partikel die nicht in andere Teilchen zerlegt werden können. Nach aktuellen Modellen z. Elektronen, Neutrinos und Quarks Elementarteilchen.

In der Physik wird davon ausgegangen, dass ein Elementarteilchen keine innere Struktur besitzt, da es nicht aus noch kleineren Teilchen besteht. Alle größeren Teilchen bestehen aus Elementarteilchen. In der modernen Theorie der Teilchenphysik, es Standardmodell, sind Quarks, Leptonen und 'Bosonen messenElementarteilchen.

Elementarteilchen können im Stand im Allgemeinen nicht einzeln beobachtet werden. Nur bei Geschwindigkeiten nahe Lichtgeschwindigkeit können sie beobachtet werden, zum Beispiel als ionisierende Strahlung in einem Blase Fass. Durch das Studium ihrer Bahnen und gegenseitigen Kollisionen, die neue Teilchen erzeugen, können ihre Eigenschaften untersucht werden.

Es gibt Partikel, aus denen die Angelegenheit aufgebaut ist und es gibt Teilchen, die a . bilden Leistung Transfer.

Standardmodell der Teilchenphysik

Geschichte

Atome Jahrhundert galten noch als Elementarteilchen. Experimente im frühen 20. Jahrhundert zeigten, dass Atome aus a Ader mit aller Masse und einem großen "leeren" Bereich mit negativer Ladung. Dies wurde mit der Annahme erklärt, dass der Kern aus positiven Teilchen besteht (Protonen) existiert, und der leere Bereich enthält Teilchen sehr geringer Masse und negativer Ladung (Elektronen). Später wurde entdeckt, dass der Kern auch neutral geladene Teilchen enthält (Neutronen). Während dieser Zeit galten die Teilchen, aus denen die Atomkerne (das Proton und das Neutron) bestehen, als elementar.

Ein zentrales Thema in der Teilchenphysik ist die Idee des frühen 20 Quanten, die das Verständnis elektromagnetischer Strahlung und die Quantenmechanik produziert.

Von dem 50er Jahre fanden viele neue Teilchen, die noch als elementar galten. Sie suchten nach einem Modell, das diese Teilchen unter einem Nenner gruppierte, was zu dem Standardmodell der Teilchenphysik.

Im Laufe der zwanzigstes Jahrhundert immer genauere und vielseitigere Instrumente, die entwickelt wurden, um die Flugbahn von Elementarteilchen, wie z Nebelkammer, es Blase Fass, das Funkenkammer und schließlich die Drahtraum. Dies ermöglichte es, die Experimente durchzuführen, um die Struktur der Materie zu verstehen.

Überblick

Ein Elementarteilchen ist a fermion oder ein boson. Der Unterschied zwischen Fermionen und Bosonen ist ihr Spinne. Fermionen sind Teilchen mit halbzahligem Spin und Bosonen sind Teilchen mit ganzzahligem Spin. Die zwölf Fermionen werden im Allgemeinen mit Materie und die Bosonen mit den fundamentalen Kräften assoziiert.^[1]

Die Elementarteilchen aus dem Standardmodell sind:

• Fermionen:

Quarks — oben, Nieder, seltsam, Charme, Unterseite, oben

Leptonen — Elektron, myon, tau, Elektron-Neutrino, Myon-Neutrino, Tau-Neutrino

• Bosonen:

Eichbosonen – Gluon, W- und Z-Boson, Photon und Graviton

Andere Bosonen — Higgs-Boson

Das Standardmodell

sehen Standardmodell der Teilchenphysik für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt zwölf Fermionen plus ihre entsprechenden Antiteilchen sowie die mit den Kräften zwischen den Fermionen verbundenen Bosonen und die postulierten, kürzlich beobachteten Higgs-Boson. Grundsätzlich gilt jede physikalische Theorie als vorläufig und das Standardmodell ist diesbezüglich sicherlich keine Ausnahme. Ein ungelöstes Problem ist, dass es nicht mit dem generelle Relativität von Einstein. Es wird vermutet, dass es andere Elementarteilchen gibt, die vom Standardmodell nicht beschrieben werden, wie z Graviton oder 'super partner', das supersymmetrisch Partner der bekannten Teilchen.

Grundlegende Fermionen

Die zwölf Fermionen sind in drei unterteilt.Generationenaus vier Teilen. Sechs der Teilchen sind Quarks. Die restlichen sechs sind Leptonen, von denen drei Neutrinos sind und die anderen drei eine elektrische Ladung von 1 haben: das Elektron und seine beiden „Cousins“, das Myon und das Tau-Lepton.

Generationen von Teilchen

Erste Generation	zweite Generation	Dritte Generation
Elektron: ${displaystyle e^{-}}$ Elektron-Neutrino: ${displaystyle u_{e}}$ upquark: ${Anzeigestil u}$ Down-Quark: ${displaystyle d}$	myon: ${displaystyle mu ^{-}}$ Myon-Neutrino: ${displaystyle u _{mu}}$ Charm-Quark: ${Anzeigestil c}$ seltsames Quark: ${displaystyle s}$	tau: ${displaystyle au ^{-}}$ Tau-Neutrino: ${displaystyle u _{ au }}$ Top-Quark: ${displaystyle t}$ Bottom-Quark: ${displaystyle b}$

Antiteilchen

Für jedes dieser zwölf Fermionen gibt es auch entsprechende Antiteilchen. Es Positron${displaystyle e^{ }}$ entspricht beispielsweise dem Elektron in den meisten Eigenschaften, hat aber eine elektrische Ladung von 1.

Antiteilchen

Erste Generation	zweite Generation	Dritte Generation
Positron: ${displaystyle e^{ }}$ Elektron-Antineutrino: ${displaystyle { ar {u}}_{e}}$ Anti-Upquark: ${displaystyle {ar {u}}}$ Anti-Down-Quark: ${displaystyle {ar {d}}}$	Antimunition: ${displaystyle mu ^{ }}$ Myon Antineutrino: ${displaystyle {ar {u}}_{mu}}$ Anticharm-Quark: ${displaystyle {ar {c}}}$ Anti-Seltsames Quark: ${displaystyle {ar {s}}}$	antitau: ${displaystyle au ^{ }}$ Tau-Antineutrino: ${displaystyle { ar {u }}_{ au }}$ Antitop-Quark: ${displaystyle {ar {t}}}$ Anti-Bottom-Quark: ${displaystyle {ar {b}}}$

Quarks

Quarks und Antiquarks wurden nie einzeln gezeigt, was an der 'Farbbeschränkung' der Quantenchromodynamik Wird erklärt. Jedes Quark trägt eine von drei Farbladungen aus der starken Wechselwirkung. Ihre Antiquarks tragen ihre Antifarbe.

Farbgeladene Teilchen interagieren miteinander durch Austausch Gluonen, so wie elektrisch geladene Teilchen Photonen austauschen können. Ein Unterschied besteht darin, dass Gluonen selbst sterben Farbladung besitzen, was eine Verstärkung der starke Kernkraft sobald Teilchen mit Farbladung voneinander getrennt sind. Im Gegensatz zur elektromagnetischen Kraft, die beim Auseinanderbewegen geladener Teilchen schnell abnimmt, nimmt die starke Kernkraft zu, so dass farbgeladene Teilchen nie voneinander getrennt werden können.

Die farbgeladenen Partikel können sich zu farbneutralen Kompositpartikeln verbinden: die Hadronen. Beispielsweise kann sich ein Quark mit einem Antiquark verbinden. Das Quark hat eine Farbe und das Antiquark hat die entsprechende Antifarbe. Farbe und Anticolor gleichen sich gegenseitig aus und es entsteht ein farbneutrales Meson. Oder es können drei Quarks nebeneinander existieren: ein Quark ist „rot“, ein anderes „blau“, ein weiteres „grün“. Diese drei farbigen Quarks bilden zusammen eine Farbneutralität Baryon. Oder es können drei Antiquarks nebeneinander existieren: ein Antiquark ist „antirot“, ein anderes „antiblau“ und eins „antigrün“. Diese drei anti-farbigen Antiquarks bilden ein farbneutrales Antibaryon.

Quarks haben auch nicht ganzzahlige kleine elektrische Ladungen, aber da sie innerhalb von Hadronen existieren, deren Ladungen immer ganzzahlig sind, wurden diese nicht ganzzahligen Ladungen nie isoliert oder gemessen. Quarks haben beispielsweise elektrische Ladungen von ²⁄₃ oder¹⁄₃, während Antiquarks entsprechende elektrische Ladungen von oder − . haben²⁄₃ oder ¹⁄₃ haben.

Beweise für die Existenz von Quarks stammen aus Experimenten, bei denen Elektronen auf Atomkerne geschossen werden. Daraus ergibt sich die Ladungsverteilung in Nukleonen, die Baryonen sind, bestimmt. Bei einer gleichmäßigen Ladungsverteilung sollte das elektrische Feld um das Proton gleichmäßig sein und das Elektron nach einem Stoß elastisch zurückprallen. Niederenergetische Elektronen streuen auf diese Weise, aber oberhalb einer bestimmten Energie werden einige Elektronen unter großen Winkeln von Protonen reflektiert. Das reflektierende Elektron hat viel weniger Energie und ein "Strahl" von Teilchen wird emittiert. Diese unelastische Reflexion lässt sich nur erklären, wenn die Ladung im Proton nicht gleichmäßig verteilt, sondern in kleinere geladene Teilchen unterteilt wird: die Quarks.

Fundamentale Bosonen

Im Standardmodell sind es Teilchen mit Spin 1, wie Gluonen, Photonen und W- und Z-Bosonen die den Austausch von Kräften ermöglichen, während die Higgs-Boson mit Spin 0 ist die Basis von Teilchen, die eine Eigenmasse haben.

Gluonen

Gluonen sind die Träger der starke Kernkraft und besitzen sowohl Farbe als auch Anticolor. Obwohl Gluonen masselos sind, werden sie aufgrund der Farbbegrenzung nie in Detektoren nachgewiesen. Sie können wie einige Quarks "Jets" von Hadronen produzieren. Der erste Beweis für Gluonen kam von der Zerstörung von Elektronen und Positronen bei hohen Energien, die manchmal drei Produkte ergaben: ein Quark, ein Antiquark und ein Gluon.

Elektroschwache Bosonen

Es gibt drei Bosonen mit schwacher Eichung: W , W- und Z₀. Diese bieten die schwache Kernkraft. Das Photon ohne Masse liefert die elektromagnetische Kraft.

Higgs-Boson

Obwohl die schwache Kernkraft und die elektromagnetischen Kräfte bei niedrigen Energien sehr unterschiedlich erscheinen, können die beiden Kräfte bei hohen Energien theoretisch als eine „elektroschwache“ Kraft zusammengeführt werden. Diese Vorhersage wurde durch Messungen von Elektron-Proton-Kollisionen im HERA-Beschleuniger von DESY. Die Unterschiede bei niedrigen Energien sind auf die hohen Massen der W- und Z-Bosonen zurückzuführen, die wiederum auf den Higgs-Mechanismus zurückzuführen sind. Das Higgs-Boson wurde 2012 in Experimenten der by entdeckt Large Hadron Collider in dem CERN mit einer Masse von 125 GeV wurde als letzter Eckpfeiler des Standardmodells entdeckt. Der Belgier François Englert und Brite Peter Higgs erhielt dafür 2013 den Nobelpreis.

Jenseits des Standardmodells

Obwohl viele experimentelle Beweise die Vorhersagen des Standardmodells bestätigen, finden viele Physiker dieses Modell aufgrund seiner vielen unbestimmten Parameter, der großen Anzahl von Fundamentalteilchen und theoretischen Überlegungen wie der bereits erwähnten Unvereinbarkeit mit der Relativitätstheorie unbefriedigend. Es wurden bereits Theorien entwickelt, wie z Stringtheorie, die darauf abzielen, diese Probleme zu lösen, befinden sich jedoch noch in einem spekulativen Stadium. Diese Theorien sind mit Experimenten schwer zu überprüfen.

Literatur

• Martinus Veltmann. Fakten und Geheimnisse der Teilchenphysik, 2003. ISBN 981-238-149-X

Webseiten

• (und) B Grün. Elementarteilchen. vor dem PBS)
• (und) Universität von Kalifornien. Die Überprüfung der Teilchenphysik (2018)
• (und) CERN. Saison von Higgs und Melodram, 2003. archiviert
• (und) Neue Ergebnisse der CLAS Collaboration Search for Pentaquarks