WikiDer > Subatomares Teilchen

Die Teilchen des Standardmodell.

EIN subatomares Teilchen ist ein Partikel das ist kleiner als es Atom. Einige subatomare Teilchen können Teil von Atomen sein, andere entstehen nur in Sterne, im Labor oder unter anderen außergewöhnlichen Umständen. Die Partikel sind kleiner als 1 fm (10⁻¹⁵ m). Sie werden von der Teilchenphysik.

Vorwort

Subatomare Teilchen können unterschieden werden in elementar und zusammengesetzte Partikel. Elementarteilchen lassen sich, soweit bekannt, nicht weiter in kleinere Einheiten einteilen. Ein Kompositpartikel besteht aus zwei oder mehr Elementarpartikeln.

Eine weitere Unterscheidung ist die Verteilung in Bosonen und Fermionen. Fermionen, Teilchen mit halber Zahl Spinne, sind die Materieteilchen aus dem das Universum aufgebaut ist. Bosonen, Teilchen mit ganzzahligem Spinne, existieren nur temporär für die Übertragung von Kräften (Wechselwirkungen, Wechselwirkungen) zwischen den Fermionen. Die beiden Teilchenarten verhalten sich unterschiedlich. Bosonen können in ein und demselben eine unbegrenzte Anzahl bilden Quantenzustand sich befinden; ist also da für Photonen keine Begrenzung der Stärke von a Laserstrahl, d. h. durch die Anzahl der Photonen, aus denen der Strahl besteht. Fermionen hingegen müssen immer allein in ihrem Quantenzustand sein; es ist möglich Heliumatom nur zwei Elektronen enthalten eine mit Spin-Up und eine mit Spin-Down. Diese Eigenschaft von Fermionen heißt Pauli .'s Ausschlussprinzip erwähnt. Die Energieverteilung einer Menge von Bosonen folgt dem Bose-Einstein-Statistik; das von Fermionen ist das Fermi-Dirac-Verteilung.

Überblick

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über subatomare Teilchen und ihre Eigenschaften. Von fast jedem Teilchen (mit Ausnahme der Majorana-Partikel) sollte beachtet werden, dass auch Antiteilchen existiert, mit dem gleichen Masse und Spin, aber bei den anderen Eigenschaften, den sogenannten Erhaltungsgrößen, genau umgekehrt. So dass es Anti-Elektron (ebenfalls Positron genannt) hat Masse 0.511 MeV, Spin ½, aber Leptonenzahl –1 und elektrische Ladung 1. Materie und die dazugehörige Antimaterie vernichten gegenseitig. Unter normalen Umständen kann Antimaterie nur für kurze Zeit existieren, da ein Antiteilchen bald mit einem normalen Teilchen in Kontakt kommt.

Elementarteilchen

Das Elementarteilchen sind die Bausteine ​​aller Materie. Sie sind die Bestandteile der Standardmodell von Materie und Kräften, die in den 1970er Jahren Teilchenphysik wurde entwickelt, um die bisher bekannten Teilchen zu erklären. Das Modell sagte mehr Teilchen voraus, von denen die meisten inzwischen entdeckt wurden. Nur ein Elementarteilchen aus dem Modell - das Graviton - ist noch nicht mit Sicherheit bewiesen. Dies ist ein Boson, das laut QuantengravitationTheorien der Schwere übertragen soll.

Im Laufe der Zeit hat sich die Meinung darüber geändert, welche Teilchen als elementar betrachtet werden sollten. Bis Anfang des 20. Jahrhunderts glaubte man, Atome seien Elementarteilchen, daher ihr Name, griechisch für unteilbar. 1911 entdeckt Ernest Rutherford dass das Atom zusammengesetzt war. Welche Nukleonen von Quarks Existenz endete erst in den 60er Jahren Murray Gell-Mann vorgeschlagen. Nukleonen gelten seitdem nicht mehr als Elementarteilchen. Obwohl nicht ausgeschlossen werden kann, dass ein Quark auch aus kleineren Teilchen besteht, wurden dafür noch keine Hinweise gefunden.

Elementare Fermionen

Die Fermionen aus dem Standardmodell sind Quarks und Leptonen (leptos ist griechisch für „fein“: feine Partikel). Sie alle haben Spin ½ (halbzahliger Spin). Sie treten in drei sogenannten Generationen (Gruppen). Die Partikel der ersten Generation sind die „normalen“, am häufigsten vorkommenden Partikel. Der Rest ist erheblich schwerer und entsteht bei hochenergetischen Kollisionen; sie sind instabil und zerfallen in Teilchen der ersten Generation. Trotz vieler Experimente wurden keine Generationen von elementaren Fermionen mehr entdeckt.

Generation		Partikel	Symbol	Spinne J	Ladung Q	Leptonenzahl l	Baryonenzahl B	Masse (MeV)	Ablaufzeit (s)
Erste Generation	Quarks	oben	Sie	½	2/3	0	1/3	1,5 – 4
		Nieder	d	½	−1/3	0	1/3	4 – 8
	Leptonen	Elektron	e−	½	−1	1	0	0,511	> 1,5 × 1034
		Elektron-Neutrino	${displaystyle u_{e}}$	½	0	1	0	< 2,2 × 10−9
zweite Generation	Quarks	Charme	c	½	2/3	0	1/3	1150 – 1350
		seltsam	so	½	−1/3	0	1/3	80 – 130
	Leptonen	myon	μ−	½	−1	1	0	105,7	2,197 × 10−6
		Myon-Neutrino	${displaystyle u _{mu}}$	½	0	1	0	< 0,17
Dritte Generation	Quarks	oben (Wahrheit)	t	½	2/3	0	1/3	172500
		unten (Schönheit)	b	½	−1/3	0	1/3	4100 – 4400
	Leptonen	tau	${displaystyle au ^{-}}$	½	−1	1	0	1777	2,91 × 10−13
		Tau-Neutrino	${displaystyle u _{ au }}$	½	0	1	0	< 15,5

Hier sind die Massen ausgedrückt in Mega-Elektronenvolt (MeV), die Gebühren in der elementarladunge, und die Spinne darin elementarer Drehimpuls${displaystyle hbar }$. Zusätzlich zum oben genannten elektrische Ladung (Q), Leptonenzahl (L) und Baryonenzahl (B) es gibt noch andere (teilweise) Erhaltungsgrößen, die aber für fast alle Teilchen gleich 0 sind:

• Charm (C) ist 1 dafür c-Quark und 0 für andere Teilchen
• Fremdheit (S) ist −1 für die so-Quark und 0 für andere Teilchen
• Top ist 1 dafür t-Quark und 0 für andere Teilchen
• Unten ist −1 dafür b-Quark und 0 für andere Teilchen

Elementarbosonen

Das Zusammenspiel zwischen den Bosonen und der Fermionen

Die Bosonen des Standardmodells bringen drei der vier Grundkräfte der Natur über die starke Kernkraft, das schwache Kernkraft und der elektromagnetische Kraft. Jede Kraft hat ein oder mehrere wechselwirkende Teilchen. So bringt es Photon (Lichtteilchen) über die elektromagnetische Kraft; man sieht das Photon als einen bestimmten Energiezustand des elektromagnetischen Feld. Ähnlich verhält es sich mit den anderen Wechselwirkungsbosonen. Es Z-Boson und der W-Bosonen werden vom Standardmodell vorhergesagt und später gezeigt durch Simon van der Meer und seine Mitarbeiter. Es hat vorhergesagt Higgs-Boson ist verantwortlich für die Masse von Partikeln. Es Graviton würde das Schwere übertragen, hat aber noch den Status "hypothetisch".

Leistung	Partikel	Symbol	Spinne J	Ladung Q	Masse (GeV)
Elektromagnetische Kraft	Photon	${Displaystil-Gamma }$	1	0	0
Starke Kernkraft	Gluon	G	1	0	0
Schwache Kernkraft	W-Boson (positiv)	W	1	1	80,4
	W-Boson (Negativ)	W−	1	−1	80,4
	Z-Boson	z	1	0	91,2
Sonstiges (Standardmodell)	Higgs-Boson (positiv)	huh	0	1	125,3
	Higgs-Boson (Negativ)	huh−	0	−1	125,3
	Higgs-Boson (neutral)	huh0	0	0	125,3
Schwere	Graviton	–	2	0	< 7 × 10−41

Neben den hier genannten gibt es noch alle Arten von hypothetischen Bosonen, die aus Vorstellungen über Supersymmetrie, Theorie von allem oder andere Änderungen des Standardmodells.

Verbundpartikel

Die anderen subatomaren Partikel sind zusammengesetzte Partikel. Sie bestehen aus zwei oder mehr Quarks und den Gluonen, die die Quarks zusammenhalten. Das starke Kernkraft sorgt dafür, dass sich die Quarks nicht von den Teilchen lösen können. Diese Partikel werden Hadronen (griechisch für stark) erwähnt. Eine gerade Zahl von Quarks erzeugt ein Boson, eine ungerade Zahl ein Fermion. Die meisten Hadronen bestehen ausschließlich aus der ersten Generation (oben und Nieder) Quark. In der gewöhnlichen Materie kommen nur wenige vor: Sein Protonen, Neutronen und Bauern. Schwerere Teilchen entstehen nur bei Kernreaktionen oder als sehr kurzlebig Schwankungen.

Zusammengesetzte Fermionen

EIN Baryon besteht aus drei Quarks

Die subatomaren, zusammengesetzten Fermionen bestehen aus einer ungeraden Anzahl von (Anti-)Quarks – in den meisten Fällen drei. Diese werden durch die starke Kernkraft. Wir nennen diese Teilchen Baryonen (griechisch für schwer). Die beiden einfachsten Baryonen sind stabil. Das ist es Proton (komplett stabil) und die Neutron (läuft im ungebundenen Zustand im Durchschnitt nach 886 Sekunden ab). Der Rest der Baryonen zerfällt schnell.

Mehr als 120 der unzähligen Kombinationsmöglichkeiten wurden experimentell untersucht. Sie umfassen angeregte Zustände von Vereinigungen von drei Quarks der ersten Generation (zum Beispiel die verschiedenen Delta-Baryonen). Andere Baryonen enthalten ein oder mehrere Quarks der zweiten Generation.

Baryonen (pro Gruppe)

Partikel	Symbol	Quark-Struktur	Spinne J	Ladung Q	Masse (MeV)	Ablaufzeit (s)
Proton	p	uud	1/2	1	938,3	> 6,6 × 1036
Neutron	nein	udd	1/2	0	939,6	886
N-Baryonen	Nein	uud oder udd	1/2 – 11/2	0 oder 1	1440 – 2600
Deltabaryonen	Δ	uuu/uud/udd/ddd	1/2 – 11/2	2/ 1/0/−1	1232 – 2420
Lambda-Baryonen	Λ	uds	1/2 – 9/2	0	1116 – 2350
Sigma Baryonen	Σ	uus/uds/dds	1/2 – 7/2	1/0/−1	1189 – 2250
Xi Baryonen	Ξ	uss oder dss	1/2 – 5/2	0 oder -1	1315 – 2030
Omega-Baryonen	Ω	sss	3/2	−1	1672 – 2250

Wo keine Verfallszeit angegeben ist, ist sie sehr kurz. Neben den hier erwähnten Gruppen wurden auch andere Baryonen untersucht, wie zum Beispiel solche mit a c-Quark oder das 'Exotic', das ein Anti-Quark enthält (zum Beispiel das ΘΘTeilchen, das besteht aus uudd und Anti-so).

Zusammengesetzte Bosonen

EIN Meson besteht aus zwei Quarks

Die subatomaren, zusammengesetzten Bosonen bestehen aus zwei Quarks: einem Quark und einem Antiquark. Sie sind miteinander verbunden durch die starke Kernkraft. Wir nennen diese Teilchen Mesonen (griechisch für Mittedh auf halbem Weg zwischen den leichten Leptonen und den schweren Baryonen). Mesonen sind instabil und zerfallen nach kurzer Zeit.

Mehr als 135 der unzähligen Kombinationsmöglichkeiten wurden experimentell untersucht. Dazu gehören angeregte Zustände von Quark/Anti-Quark-Paaren der ersten Generation (zum Beispiel die drei Rho-Mesonen). Andere Mesonen enthalten ein oder zwei (Anti-)Quarks der zweiten Generation. Ein Antiteilchen wird beispielsweise durch einen Bindestrich angezeigt ${displaystyle {ar {u}}}$. Gemischte Staaten (quantenmechanischeÜberlagerungen verschiedener Zustände) werden als Summe oder Differenz reiner Zustände dargestellt.

Mesonen (pro Gruppe)

Partikel	Symbol	Quark-Struktur	Spinne J	Ladung Q	Masse (MeV)	Ablaufzeit (s)
Pfand (positiv)	π	${displaystyle u{ar {d}}}$	0	1	139,6	2,603 × 10−8
Pfand (Negativ)	π−	${displaystyle {ar {u}}d}$	0	−1	139,6	2,603 × 10−8
Pfand (neutral)	π 0	${displaystyle u{ ar {u}}-d{ ar {d}}-s{ ar {s}}}$	0	0	135,0	8,4 × 10−17
eta-meson	η	${displaystyle (u{ ar {u}} d{ ar {d}}) s{ ar {s}}}$	0	0	548
Rho Mesonen	ρ	${displaystyle u{ ar {d}}/(u{ ar {u}}-d{ ar {d}})/{ ar {u}}d}$	1	1/0/−1	776
Omega-Meson	ω	${displaystyle (u{ ar {u}} d{ ar {d}}) s{ ar {s}}}$	1	0	783
Andere Lichtmesonen		siehe /η	0/1/2/3/4	1/0/−1	400 – 2340
kaonen (K-Mesonen)	k	${displaystyle u{ ar {s}}/d{ ar {s}}/{ ar {d}}s/{ ar {u}}s}$	0/1/2/3/4	1/0/−1	494 – 2045
J/psi-Meson	J/ψ	${displaystyle c{ ar {c}}}$	1	0	3097	7,2 × 10−21
B-Mesonen	B	${displaystyle u{ ar {b}}/d{ ar {b}}/s{ ar {b}}/c{ ar {b}}}$	0	1/0	5279 – 6276
D-Mesonen	d	${displaystyle c{ ar {d}}/c{ ar {u}}/{ ar {c}}u/{ar {c}}d}$	0/1/2	1/0/−1	1865 – 2459
dso -Mesonen	dso	${displaystyle c{ ar {s}}/{ ar {c}}s}$	0/1/2	1/0/−1	1968 – 2572

Wo keine Verfallszeit angegeben ist, ist sie sehr kurz. Neben den hier genannten Gruppen wurden auch andere Mesonen untersucht, beispielsweise solche mit a those b-Quarks.

Siehe auch

• Standardmodell
• Teilchenphysik

Externer Link

• Particle Data Group (aktuelle Daten zu subatomaren Partikeln)