Zoznam elementárnych častíc

Toto je zoznam rôznych typov elementárnych častíc, či už objavených alebo predpokladaných v celom vesmíre.

Základný prehľad

Subatómové častice (iný názov: elementárne častice v širšom zmysle):

• fundamentálne častice (iné názvy: „najelementárnejšie častice“, elementárne častice v užšom zmysle):
  • kvarky (kombinácie šiestich vôní, troch farieb a antikvarkov vytvárajú 36 rôznych kvarkov)
  • leptóny (elektrón, tauón, mión, elektrónové, miónové a tauónové neutríno)
  • kalibračné bozóny (fotón, bozóny W a Z, gluón, [hypotetický] gravitón)
  • Higgsov bozón
• hadróny (iný názov: zložené elementárne častice):
  • mezóny - kombinácie kvarku a antikvarku (pión, kaón, ...)
  • baryóny - kombinácie troch kvarkov (nukleóny [ protón, neutrón ], hyperóny [lambda, sigma…])

Po zohľadnení antihmoty sú elementárnymi (subatomárnymi) časticami aj ekvivalentné antičastice, teda antikvarky, antileptóny a pod.

Fundamentálne častice

Fundamentálne častice sú častice, ktoré nemajú žiadnu merateľnú vnútornú štruktúru, čo znamená, že sa neskladajú z ďalších častíc. Sú základným objektom kvantovej teórie polí. Existuje mnoho skupín a podskupín fundamentálnych častíc. Fundamentálne častice sa delia podľa svojho spinu. Fermióny majú poločíselný spin ako napr. ½, 3/2. Bozóny majú celočíselný spin. Všetky častice Štandardného modelu, Higgsov bozón. Higgsov bozón objavili fyzici v CERN-e 4. júla 2012.

Fermióny

Fermióny majú poločíselný spin, pre všetky základné fermióny spin = ½. Všetky známe fermióny patria medzi Diracove fermióny, tzn. že každý známy fermión má vlastnú antičasticu. Nie je známe či neutríno patrí medzi Diracove fermióny alebo Majorana fermión. Fermióny sú základným stavebným kameňom všetkej hmoty. Rozdeľujú sa podľa toho čí reagujú pomocou farebnej sily alebo nie. V štandardnom modeli je 12 základných fermiónov: 6 kvarkov a 6 leptónov.

Kvarky

Sú základnou zložkou hadrónov a reagujú pomocou silnej jadrovej interakcie. Kvarky su jediným známym nositeľom zlomkového náboja, ale pretože sa kombinujú do skupín po troch (baryóny) alebo vo dvojici spolu s antikvarkom (mezóny), pozorujeme v prírode len celočíselný náboj. Ich antičasticami sú antikvarky, ktoré sú identické až na fakt, že nesú opačný náboj (napr.horný kvark nesie náboj +2/3, a horný antikvark nesie náboj -2/3), farebný náboj a beryónové číslo.

Existuje 6 kvarkov, tri pozitívne nabité známe ako horné kvarky a tri negatívne nabité známe ako dolné kvarky.

Kvarky

Meno	Značka	Antičastica	Náboj e	Hmotnosť (MeV/c2)
Horný kvark	u	Horný antikvark	+2⁄3	2.2 ± 0.5
Dolný kvark	d	Dolný antikvark	−1⁄3	4,6 ± 0,45
Pôvabný kvark	c	Pôvabný antikvark	+2⁄3	1280 ± 30
Podivný kvark	s	Podivný antikvark	−1⁄3	96 ± 6
Vrchný kvark	t	Vrchný antikvark	+2⁄3	173 100 ± 600
Spodný kvark	b	Spodný antikvark	−1⁄3	4 180 ± 35

Leptóny

Leptóny nereagujú pomocou silnej interakcie. Ich antičasticami sú antileptóny, ktoré su identické až na opačný náboj a leptónové číslo. Antičasticou elektrónu je antielektrón, ale z historických dôvodov je vačšinou nazývana pozitrón. Celkovo existuje 6 leptónov: 3 nabité leptóny tzv. elektrónové leptóny a 3 neutrálne leptóny sa nazývajú neutrína.

Leptóny

Meno	Symbol	Antičastica	Náboj e	Hmotnosť (MeV/c2)
Elektrón	e-	pozitrón	−1	0.511
Elektrónové neutríno	ve	Elektrónové antineutríno	0	< 0,0000022
Mión	μ-	Antimión	−1	105.7
Miónové neutríno	vμ	Miónové antineutríno	0	< 0,170
Tauón	τ-	Antitauón	−1	1 777.86 ± 0,12
Neutríno tau	vτ	Antineutríno tau	0	< 15,5

Bozóny

Bozóny majú celočíselný spin. Základné prírodné sily sú sprostredkované kalibračnými bozónmi a predpokladá sa, že hmota je tvorená Higgsovými bozónom.

Gravitón je na zozname napriek tomu, že nie je predpokladaný Štandardným modelom, ale inými teóriami v rámci teórie kvantového poľa.

O Higgsovom bozóne elektroslabá teória predpokladá vysvetlenie pôvodu hmotnosti častíc. V procese známom ako Higgsov mechanizmus Higgsov bozón a ostatné fermióny v Štandardnom modeli získavajú hmotnosť prostredníctvom spontánneho narušenia symetrie zo SU2 kalibračnej symetrie. Je to jediná častica štandardného modelu, ktorá doteraz nebola pozorovaná (gravitón nie je častica štandardného modelu). Minimálny supersymetrický štandardný model predpokladá niekoľko Higgsových bozónov. Potvrdenie jeho existencie sa očakáva v LHC.

Hypotetické častice

Supersymetrické teórie predpokladajú existenciu viacerých častíc, z ktorých žiadna nebola doteraz experimentálne potvrdená:

Superpartners

Superpartner	Superpartner k	Spin	Poznámky
neutralino	neutrálne bozóny	1⁄2	Neutralina sú superpozície superpartnerov neutrálnych bozónov štandardného modelu: neutrálny higgsov bozón, Z bozón and fotón. Najľahšie neutralino je hlavným kandidátom na tmavú hmotu. MSSM predpokladá 4 neutralina
chargino	nabité bozóny	1⁄2	Chargina sú superpozície superpartnerov nabitých bozónov štandardného modelu: nabitýhiggsov bozón and W bozón. MSSM predpokladá 2 páry chargín.
fotino	fotón	1⁄2	Kombinujú sa s zino, neutrálnym wino, a neutrálnym Higgsinos na neutralína.
wino, zino	W± a Z0 bozóny	1⁄2	Nabité wino a nabité Higgsino vytvoria chargino.
Higgsino	Higgsov bozón	1⁄2	V supersymetrii je potreba niekoľkých Higgsových bozónov, neutrálnych a nabitých, zadpovedajúc ich superpartnerom.
gluino	gluón	1⁄2	8 gluónov a 8 gluin.
gravitino	gravitón	3⁄2	Predpokladané Supergravitáciou (SUGRA). Graviton je hypotetický – Pozri ďalšiu tabuľku.
sleptóns	leptóny	0	Superpartneri leptónov (elektrón, muón, tau) a neutrín.
sneutrino	neutrino	0	Introduced by many extensions of the Standard Model, and may be needed to explain the LSND results. A special role has the sterile sneutrino, the supersymmetric counterpart of the hypothetical right-handed neutrino, called sterile neutrino
skvarks	kvarky	0	Stop skvark (superpartner vrchného kvarku) by mal mať minimálnu hmotnosť a je často predmetom experimentálnych výskumov.

Poznámka: Tak ako fotón, Z-bozón a W-bozóny sú superpozície B, W W a W polí tak fotíno, zino a wino sú superpozície bino, wino, wino a wino.

Zložené elementárne častice - hadróny

Hadróny sú definované ako silno interagujúce zložené častice. Hadróny sú:

• zložené z fermiónov tzv. Baryóny
• zložené z bozónov tzv. Mezóny

Kvarkové modely, prezentované prvýkrát v 1964 nezávisle Murrayom Gell-Mannom a Georgom Zweigom, popisujú známe hadróny ako zložené z valenčných kvarkov a/alebo antikvarkov, tesne zviazaných farebnou silou, prenášanou gluónmi.

Baryóny (fermióny)

Kombinácia troch u, d alebo s-kvarkov s celkovým spinom ³⁄₂ tvorí tzv. baryon decuplet

Kvarková štruktúra protónu: 2 horné kvarky a 1 dolný kvark

Bežné baryóny (zložené fermióny) obsahujú 3 valenčné kvarky alebo 3 valenčné antikvarky

• Nukleóny sú fermiónové zložky normálnych atómových jadier:
  • Protóny, zložené z 2 horných a 1 dolného kvarku
  • Neutróny, zložené z 2 dolných a 1 horného kvarku
• Hyperóny, ako Λ, Σ, Ξ, a Ω častice, ktoré obsahujú jeden a viac podivných kvarkov, majp krátku životnosť a sú ťažšie ako nukleóny. Aj kedˇ sa normálne nenachádzajú v jadrách atómov, môžu byť súčasťou krátkodobých hyperjadier.
• Množstvo baryónov zložených z pôvabných a spodných kvarkov bolo tiež pozorovaných.

V poslednom čase merania poukazovali na existenciu exotických baryónov, ale zatiaľ s negatívnymi výsledkami. Ich existencia nie je istá.

• Pentakvarky sa skladajú zo štyroch valenčných kvarkov a jedného valenčného antikvarku.

Mezóny (bozóny)

Mezóny so spinom 0 tvoria nonet

Bežné mezóny sa skladajú z valenčného kvarku a valenčného antikvarku. Majú spin 0 alebo 1 a sú to zložené bozóny, preto nepatria medzi elementárne častice. Príkladmi mezónov sú napr. Pión, kaón alebo J/ψ častica.V modeloch kvantovej chromodynamiky su mezóny sprostrodkovateľmi zvyškovej silnej sily medzi nukleónmi.

Z času načas sa objavia pozitívne známky o všetkých z nasledujúcich exotických mezónov, ale ich existencia sa musí ešte potvrdiť.

• Tetrakvark – zložený z 2 valenčných kvarkov a 2 valenčných antikvarkov
• Glueball – je hraničný stav gluónov bez valenčných kvarkov
• Hybridné mezóny pozostávajú z jedného alebo viacerých valenčných párov kvark-antikvark a jedného alebo viac gluónov

Kondenzovaná hmota

Rovnice polí vo fyzike kondenzovaného stavu sú neuveriteľne podobné tým z fyziky vysokoenergetických častíc. Vďaka tomu môžeme veľa z teórie časticovej fyziky použiť aj v fyzike kondenzovaného stavu, ale existujú určité vybudenia polí, nazývané kvázičastice, ktoré je možné vyrobiť a objaviť. a to sú tieto:

• Fonón je vibračný mód v kryštalickej štruktúre.
• Excitón je hraničný stav elektrónu a elektrónovej diery.
• Plazmón je koherentné vybudenie plazmy.
• Polaritón je mix fotónu s inou kvázi časticou.
• Polarón je pohybujúca sa, nabitá častica obklopená iónmi v materiáli.
• Magnón je koherentné vybudenie elektrónového spinu v materiáli

Iné

• Anyón je zovšeobecnenie fermiónov a bozónov v 2D systéme ako napr. vrstva grafénu ktoré sa správajú podľa braidovej štatistiky
• Plektón je teoretický typ častice, predstavujúci zovšeobecnenie braidovej štatistiky anyónov pre dimenzie > 2
• WIMP (weakly interacting massive particle-slabo reagujúca ťažká častica) je hocijaká z množstva častíc, ktoré môžu vysvetľovať tmavú hmotu.
• Pomerón
• Skyrmión
• Genón
• Goldstone bozón
• Goldstino
• Instanton
• Dyón
• Geón
• Inflatón
• Spurión

Klasifikácia podľa rýchlosti

• Tardyón alebo bradyón – pomalší ako svetlo a má nenulovú zostatkovú hmotnosť
• Luxón – pohybuje sa rýchlosťou svetla a nemá hmotnosť
• Tachyón – rýchlejší ako svetlo a má hmotnosť vyjadrenú imaginárnym číslom.

Referencie

• C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of Particle Physics. Physics Letters B, 2008, s. 1. DOI: 10.1016/j.physletb.2008.07.018. (All information on this list, and more, can be found in the extensive, biannually-updated review by the Particle Data Group)