In der Partikel-Physik, einer elementaren Partikel oder grundsätzlichen Partikel ist nicht bekannt, Unterbau zu haben; d. h. wie man bekannt, wird es aus kleineren Partikeln nicht zusammengesetzt. Wenn eine elementare Partikel aufrichtig keinen Unterbau hat, dann ist es einer der grundlegenden Bausteine des Weltalls, von dem alle anderen Partikeln gemacht werden. Im Standardmodell bestehen die elementaren Partikeln aus dem grundsätzlichen fermions (einschließlich Quarke, leptons, und ihrer Antiteilchen), und der grundsätzliche bosons (einschließlich des Maßes bosons und Higgs boson).

Historisch wurden die hadrons (Mesonen und baryons wie das Proton und Neutron) und sogar ganze Atome einmal als elementare Partikeln betrachtet (tatsächlich, das Wort "Atom" bedeutet "unteilbar"). Eine Haupteigenschaft in der elementaren Partikel-Theorie ist der Anfang der Idee des 20. Jahrhunderts von "Quanten", die das Verstehen der elektromagnetischen Radiation revolutioniert haben und Quant-Mechanik verursacht haben. Zu mathematischen Zwecken werden elementare Partikeln normalerweise als Punkt-Partikeln behandelt, obwohl einige Partikel-Theorien wie Schnur-Theorie eine physische Dimension postulieren.

Übersicht

Gemäß dem Standardmodell sind alle elementaren Partikeln entweder bosons oder fermions (abhängig von ihrer Drehung). Der Drehungsstatistik-Lehrsatz identifiziert die resultierende Quant-Statistik, die fermions von bosons unterscheidet. Gemäß dieser Methodik: Mit der Sache normalerweise vereinigte Partikeln sind fermions. Sie haben Drehung der halbganzen Zahl und werden in zwölf Geschmäcke geteilt. Mit grundsätzlichen Kräften vereinigte Partikeln sind bosons, und sie haben Drehung der ganzen Zahl.

Elementarer fermions (Sache-Partikeln):

• Quarke:
• unten, Charme, sonderbar, Spitze, Boden
• Leptons:
• Elektron, Elektronneutrino, muon, muon Neutrino, tau, tau Neutrino

Elementarer bosons (Kraft tragende Partikeln):

• Maß bosons:
• gluon, W und Z bosons, Foton

Anderer bosons

• Higgs boson

Dieser bleibt nur Higgs boson unentdeckt, aber Anstrengungen werden am Großen Hadron Collider genommen, um zu bestimmen, ob es besteht oder nicht. Zusätzliche elementare Partikeln können wie der graviton bestehen, der Schwerkraft vermitteln würde. Solche Partikeln liegen außer dem Standardmodell.

Allgemeine elementare Partikeln

Mehrere Schätzungen deuten an, dass praktisch die ganze Sache, wenn gemessen, durch die Masse, im sichtbaren Weltall (nicht einschließlich der dunklen Sache) in den Protonen von Wasserstoffatomen ist, und dass grob Protone im sichtbaren Weltall (Zahl von Eddington) bestehen, und grob Atome im sichtbaren Weltall bestehen. Jedes Proton wird abwechselnd aus 3 elementaren Partikeln zusammengesetzt: zwei Quarke und ein unten Quark. Neutronen und andere Partikeln, die schwerer sind als Protone, sowie Helium und andere Atome mit mehr als einem Proton, sind so selten, dass ihre Gesamtmasse im sichtbaren Weltall viel weniger ist als die Gesamtmasse von Protonen in Wasserstoffatomen. Leichtere Partikeln der Sache, obwohl gleich (Elektronen) oder gewaltig mehr (neutrinos) zahlreich als Protone, sind so viel leichter als Protone, dass ihre Gesamtmasse im sichtbaren Weltall wieder viel weniger ist als die Gesamtmasse aller Protone.

Einige Schätzungen deuten an, dass praktisch die ganze Sache, wenn gemessen, durch Zahlen von Partikeln, im sichtbaren Weltall (nicht einschließlich der dunklen Sache) in der Form von neutrinos ist, und dass grob elementare Partikeln der Sache im sichtbaren Weltall, größtenteils neutrinos bestehen. Einige Schätzungen deuten an, dass grob elementare Partikeln im sichtbaren Weltall (nicht einschließlich der dunklen Sache), größtenteils Fotonen, gravitons bestehen, und andere massless Transportunternehmen zwingen.

Standardmodell

Das Standardmodell der Partikel-Physik enthält 12 Geschmäcke nach elementarem fermions, plus ihre entsprechenden Antiteilchen, sowie elementaren bosons, die die Kräfte und noch unentdeckter Higgs boson vermitteln. Jedoch, wie man weit betrachtet, ist das Standardmodell eine provisorische Theorie aber nicht eine aufrichtig grundsätzliche, da es nicht bekannt ist, ob es mit der allgemeinen Relativität von Einstein vereinbar ist. Es wird wahrscheinlich hypothetische elementare Partikeln geben, die nicht durch das Standardmodell, wie der graviton, die Partikel beschrieben sind, die die Gravitationskraft oder den sparticles, die supersymmetrischen Partner der gewöhnlichen Partikeln tragen würde.

Grundsätzlicher fermions

Die 12 grundsätzlichen fermionic Geschmäcke werden in drei Generationen von vier Partikeln jeder geteilt. Sechs der Partikeln sind Quarke. Die restlichen sechs sind leptons, von denen drei neutrinos sind, und von denen restliche drei eine elektrische Anklage 1 haben: das Elektron und seine zwei Vetter, der muon und der tau.

Antiteilchen

Es gibt auch 12 grundsätzliche fermionic Antiteilchen, die diesen 12 Partikeln entsprechen. Das Antielektron (Positron) ist das Antiteilchen des Elektrons und hat eine elektrische Anklage +1 und so weiter:

Quarke

Isolierte Quarke und Antiquarke, sind eine durch die Beschränkung erklärte Tatsache nie entdeckt worden. Jedes Quark trägt eine von drei Farbenanklagen der starken Wechselwirkung; Antiquarke tragen ähnlich Antifarbe. Farbenbeladene Partikeln wirken über den Gluon-Austausch ebenso aufeinander, der angeklagt hat, dass Partikeln über den Foton-Austausch aufeinander wirken. Jedoch werden gluons selbst farbenbeladen, auf eine Erweiterung der starken Kraft hinauslaufend, weil farbenbeladene Partikeln getrennt werden. Verschieden von der elektromagnetischen Kraft, die sich vermindert, weil trennen sich beladene Partikeln, farbenbeladene Partikeln fühlen zunehmende Kraft.

Jedoch können sich farbenbeladene Partikeln verbinden, um sich zu formen, zerlegbare neutrale Farbenpartikeln haben hadrons genannt. Ein Quark kann sich mit einem Antiquark paaren: Das Quark hat eine Farbe, und das Antiquark hat die entsprechende Antifarbe. Die Farbe und Antifarbe heben sich auf, ein neutrales Farbenmeson bildend. Wechselweise können drei Quarke zusammen, ein Quark bestehen, das, ein anderes "Blau", ein anderes "Grün" "rot" ist. Diese drei farbigen Quarke bilden zusammen einen farbenneutralen baryon. Symmetrisch können drei Antiquarke mit den Farben "antirot", "antiblau" und "antigrün" einen farbenneutralen antibaryon bilden.

Quarke tragen auch elektrische Bruchanklagen, aber, da sie innerhalb von hadrons beschränkt werden, dessen Anklagen alle integrierten, unbedeutenden Anklagen sind, sind nie isoliert worden. Bemerken Sie, dass Quarke elektrische Anklagen entweder von +2/3 oder von 1/3 haben, wohingegen Antiquarke entsprechende elektrische Anklagen entweder von 2/3 oder von +1/3 haben.

Beweise für die Existenz von Quarken kommen aus dem tiefen unelastischen Zerstreuen: Zündung von Elektronen an Kernen, um den Vertrieb der Anklage innerhalb von Nukleonen zu bestimmen (die baryons sind). Wenn die Anklage gleichförmig ist, sollte das elektrische Feld um das Proton gleichförmig sein, und das Elektron sollte sich elastisch zerstreuen. Elektronen der niedrigen Energie zerstreuen sich wirklich auf diese Weise, aber, über einer besonderen Energie, lenken die Protone einige Elektronen durch große Winkel ab. Das zurückschreckende Elektron hat viel weniger Energie, und ein Strahl von Partikeln wird ausgestrahlt. Dieses unelastische Zerstreuen weist darauf hin, dass die Anklage im Proton nicht gleichförmig, aber unter kleineren beladenen Partikeln gespalten ist: Quarke.

Grundsätzlicher bosons

Im Standardmodell, Vektor (spinnen 1), bosons (gluons, Fotonen, und der W und Z bosons) mittelbare Kräfte, wohingegen ist Higgs boson (spinnen 0), für die innere Masse von Partikeln verantwortlich.

Gluons

Gluons sind die Vermittler der starken Wechselwirkung und tragen sowohl Farbe als auch Antifarbe. Obwohl gluons massless sind, werden sie in Entdeckern wegen der Farbenbeschränkung nie beobachtet; eher erzeugen sie Strahlen von hadrons, der einzelnen Quarken ähnlich ist. Die ersten Beweise für gluons sind aus Vernichtungen von Elektronen und Antielektronen an hohen Energien gekommen, die manchmal drei Strahlen — ein Quark, ein Antiquark und ein gluon erzeugt haben.

Electroweak bosons

Es gibt drei schwaches Maß bosons: W, W, und Z; diese vermitteln die schwache Wechselwirkung. Das massless Foton vermittelt die elektromagnetische Wechselwirkung.

Higgs boson

Obwohl die schwachen und elektromagnetischen Kräfte ziemlich verschieden zu uns an täglichen Energien scheinen, werden die zwei Kräfte theoretisiert, um als eine einzelne Electroweak-Kraft an hohen Energien zu vereinigen. Diese Vorhersage wurde klar durch Maße von Querschnitten für das energiereiche Elektronproton bestätigt, das sich am HERA collider an DESY zerstreut. Die Unterschiede an niedrigen Energien sind eine Folge der hohen Massen des W und Z bosons, die der Reihe nach eine Folge des Mechanismus von Higgs sind. Durch den Prozess des spontanen Symmetrie-Brechens wählt Higgs eine spezielle Richtung im electroweak Raum aus, der drei electroweak Partikeln veranlasst, sehr schwer (der schwache bosons) und ein zu werden, um massless (das Foton) zu bleiben. Obwohl der Mechanismus von Higgs ein akzeptierter Teil des Standardmodells geworden ist, ist Higgs boson selbst in Entdeckern noch nicht beobachtet worden. Indirekte Beweise für Higgs boson weisen darauf hin, dass seine Masse unter 200-250 GeV liegt. Zusätzlich hat der Große Hadron Collider wie verlautet ein Signal an 125GeV geglaubt entdeckt, Higgs zu entsprechen, obwohl zusätzliche Daten erforderlich sind, um das zu bestätigen.

Außer dem Standardmodell

Obwohl alle experimentellen Beweise die Vorhersagen des Standardmodells bestätigen, finden viele Physiker, dass dieses Modell wegen seiner vieler unentschiedenen Rahmen, vieler grundsätzlicher Partikeln, der Nichtbeobachtung von Higgs boson und anderer mehr theoretischer Rücksichten wie das Hierarchie-Problem unbefriedigend ist. Es gibt viele spekulative Theorien außer dem Standardmodell, die versuchen, diese Mängel zu berichtigen.

Großartige Vereinigung

Eine Erweiterung des Standardmodells versucht, die electroweak Wechselwirkung mit der starken Wechselwirkung in eine einzelne 'großartige vereinigte Theorie' (EINGEWEIDE) zu verbinden. Solch eine Kraft würde in die drei Kräfte durch einen Higgs ähnlichen Mechanismus spontan gebrochen. Die dramatischste Vorhersage der großartigen Vereinigung ist die Existenz X und Y bosons, die Protonenzerfall verursachen. Jedoch schließt die Nichtbeobachtung des Protonenzerfalls an Super-Kamiokande die einfachsten EINGEWEIDE, einschließlich SU (5) und SO (10) aus.

Supersymmetrie

Supersymmetrie erweitert das Standardmodell durch das Hinzufügen einer zusätzlichen Klasse von symmetries zu Lagrangian. Diese symmetries tauschen fermionic Partikeln mit bosonic aus. Solch eine Symmetrie sagt die Existenz von supersymmetrischen Partikeln, abgekürzt als sparticles voraus, die den sleptons, squarks, neutralinos, und charginos einschließen. Jede Partikel im Standardmodell würde einen Superpartner haben, dessen sich Drehung durch 1/2 von der gewöhnlichen Partikel unterscheidet. Wegen des Brechens der Supersymmetrie sind die sparticles viel schwerer als ihre gewöhnlichen Kollegen; sie sind so schwer, dass vorhandene Partikel colliders nicht stark genug sein würde, um sie zu erzeugen. Jedoch glauben einige Physiker, dass sparticles entdeckt wird, wenn der Große Hadron Collider an CERN beginnt zu laufen.

Schnur-Theorie

Schnur-Theorie ist ein Modell der Physik, wo alle "Partikeln", die Sache zusammensetzen, aus Schnuren zusammengesetzt werden (an der Länge von Planck messend), die in einem 11-dimensionalen (gemäß der M Theorie, die Hauptversion) Weltall bestehen. Diese Schnuren vibrieren an verschiedenen Frequenzen, die Masse, elektrische Anklage, Farbenanklage und Drehung bestimmen. Eine Schnur kann (eine Linie) oder geschlossen in einer Schleife (ein eindimensionaler Bereich, wie ein Kreis) offen sein. Als sich eine Schnur durch den Raum bewegt, den sie kehrt, hat etwas eine Weltplatte genannt. Schnur-Theorie sagt 1-zum 10-branes voraus (ein 1-brane Wesen eine Schnur und ein 10-brane Wesen ein 10-dimensionaler Gegenstand), die Tränen im "Stoff" des Raums mit dem Unklarheitsgrundsatz verhindern (Z.B, hat das Elektron, das ein Wasserstoffatom umkreist, die Wahrscheinlichkeit, obgleich klein, dass es irgendwo anders im Weltall in jedem gegebenen Moment sein konnte).

Schnur-Theorie schlägt vor, dass unser Weltall bloß ein 4-brane innen ist, die die 3 Raumdimensionen und der 1mal Dimension bestehen, die wir beobachten. Die restlichen 6 theoretischen Dimensionen ist irgendein sehr winzig und (und zu klein zusammengerollt, um unser Weltall in jedem Fall zu betreffen), oder besteht einfach in unserem Weltall nicht (weil sie in einem großartigeren Schema genannt den "Mehrvers" außerhalb unseres bekannten Weltalls bestehen).

Einige Vorhersagen der Schnur-Theorie schließen Existenz von äußerst massiven Kopien von gewöhnlichen Partikeln wegen Schwingerregung der grundsätzlichen Schnur ein, und Existenz eines massless spinnen 2 Partikel, die sich wie der graviton benimmt.

Farbfilm

Farbfilm-Theorien versuchen, das Standardmodell auf eine minimale Weise durch das Einführen einer neuen QCD ähnlichen Wechselwirkung zu modifizieren. Das bedeutet, dass man eine neue Theorie von so genanntem Techniquarks hinzufügt, über so genannten Technigluons aufeinander wirkend. Die Hauptidee besteht darin, dass der Higgs-Boson nicht eine elementare Partikel, aber ein bestimmter Staat dieser Gegenstände ist.

Theorie von Preon

Gemäß der preon Theorie gibt es eine oder mehr Ordnungen von Partikeln, die grundsätzlicher sind als diejenigen (oder die meisten von denjenigen), gefunden im Standardmodell. Die grundsätzlichsten von diesen werden normalerweise preons genannt, der aus "Vorquarken" abgeleitet wird. Hauptsächlich, preon Theorie versucht, für das Standardmodell zu tun, was das Standardmodell für den Partikel-Zoo getan hat, der davor gekommen ist. Die meisten Modelle nehmen an, dass fast alles im Standardmodell in Bezug auf drei zu einem halben Dutzend grundsätzlicheren Partikeln und den Regeln erklärt werden kann, die ihre Wechselwirkungen regeln. Das Interesse an preons hat abgenommen, seitdem die einfachsten Modelle in den 1980er Jahren experimentell ausgeschlossen wurden.

Theorie von Acceleron

Accelerons sind die hypothetischen subatomaren Partikeln, die integriert die neuerfundene Masse des Neutrinos verbinden und zur dunklen Energie gemutmaßt hat, um die Vergrößerung des Weltalls zu beschleunigen.

In der Theorie sind neutrinos unter Einfluss einer neuen Kraft, die sich aus ihren Wechselwirkungen mit accelerons ergibt. Dunkle Energieergebnisse als das Weltall versuchen, neutrinos auseinander zu reißen.

Siehe auch

• Asymptotische Freiheit
• Asymptotische Sicherheit
• Boson

Fermion

• Liste von Partikeln
• Physische Ontologie
• Quant-Feldtheorie
• Quant-Ernst
• Quant-Mechanik
• Quant-Bedeutungslosigkeit
• Subatomare Partikel

Zeichen

Weiterführende Literatur

Allgemeine Leser

• Feynman, R.P. & Weinberg, S. (1987) Elementare Partikeln und die Gesetze der Physik: Die Dirac 1986-Gedächtnisvorträge. Cambridge Univ. Drücken.
• Ford, Kenneth W. (2005) die Quant-Welt. Harvard Univ. Drücken.
• John Gribbin (2000) Q ist für das Quant - Eine Enzyklopädie der Partikel-Physik. Simon & Schuster. Internationale Standardbuchnummer 0 684 85578 X.
• Oerter, Robert (2006) die Theorie von fast allem: Das Standardmodell, der unbesungene Triumph der modernen Physik. Wolke.
• Schumm, Bruce A. (2004) Tief Unten Dinge: Die Atemberaubende Schönheit der Partikel-Physik. John Hopkins Univ. Drücken. Internationale Standardbuchnummer 0 8018 7971 X.

Lehrbücher

• Bettini, Alessandro (2008) Einführung in die Elementare Partikel-Physik. Cambridge Univ. Drücken. Internationale Standardbuchnummer 9780521880213
• Coughlan, G. D., J. E. Dodd und B. M. Gripaios (2006) Die Ideen von der Partikel-Physik: Eine Einführung für Wissenschaftler, 3. Hrsg. Cambridge Univ. Drücken. Ein Studententext für diejenigen, die sich nicht auf die Physik spezialisieren.
• Griffiths, David J. (1987) Einführung in Elementare Partikeln. John Wiley & Sons. Internationale Standardbuchnummer 0-471-60386-4.
• Perkins, Donald H. (2000) Einführung in die Hohe Energiephysik, 4. Hrsg. Cambridge Univ. Drücken.

Außenverbindungen

Die wichtigste Adresse über die aktuellen experimentellen und theoretischen Kenntnisse über die elementare Partikel-Physik ist Particle Data Group, wo verschiedene internationale Einrichtungen alle experimentellen Angaben sammeln und kurze Rezensionen über das zeitgenössische theoretische Verstehen geben.

• Particle Data Group

andere Seiten sind:

• Greene, Brian, "Elementare Partikeln", Das Elegante Weltall, NOVA (PBS)
• particleadventure.org, eine gut gemachte Einführung auch für nicht Physiker
• CERNCourier: Jahreszeit von Higgs und Melodrama
• Informationsseite von Pentaquark
• Interactions.org, Partikel-Physik-Nachrichten
• Symmetrie-Zeitschrift, eine Fermilab/SLAC gemeinsame Veröffentlichung
• "Große Sache: Wahrnehmung des ungesehenen Extrems", Michiganer Universitätsprojekt für die künstlerische Visualisierung von subatomaren Partikeln
• Elementare Partikeln haben denkbar, ein interaktives Visualisierungserlauben physikalische Eigenschaften gemacht, verglichen zu werden