Temel parçacık

Temel parçacıklar, bilinen hiçbir alt yapısı olmayan parçacıklardır. Bu parçacıklar evreni oluşturan maddelerin temel yapıtaşıdır. Standart Model'de kuarklar, leptonlar ve ayar bozonları temel taneciklerdir.

Tarihsel olarak, hadronlar (proton ve nötron gibi baryonlar ve mezonlar) ve hatta bütün bir atom dahi temel tanecik olarak kabul ediliyordu. Temel tanecikler kuramındaki merkezi fikir, elektromanyetik radyasyonu ve onun beraberinde getirdiği kuantum mekaniğinin anlaşılmasında devrim yaratan kuanta'dır. Matematiksel anlamda temel tanecikler nokta parçacık olarak kabul edilir, buna rağmen sicim kuramı gibi bazı fizik kuramları fiziksel bir boyut önermektedir.

Bütün temel tanecikler spinlerine bağlı olarak bozon veya fermiyondurlar. Spin-istatistik teoremi fermiyonları bozonlardan ayıran kuantum istatistiklerini belirler. Bu metodolojiye göre: madde ile ilişkilendirilen parçacıklar fermiyondur. Bunlar yarım tam sayı spine sahiptirler ve on iki çeşniye ayrılırlar. Temel kuvvetlerle ilişkilendirilen parçacıklar bozondurlar ve bunlar tam sayı spine sahiptirler.

Parçacık fiziğinin Standart Modeli temel fermiyonların on iki çeşnisini, onlara karşılık gelen antiparçacıkları, kuvvetlere aracılık eden temel bozonları içerir. Ancak Standart Model kati bir kuramdan ziyade geniş çapta geçici bir kuram olarak nitelendirilir ve Einstein'ın genel göreliliği ile uyumlu olup olmadığı bilinmemektedir. Kütleçekim kuvvetinin taşıyıcı parçacığı olduğu düşünülen graviton, sparçacıklar ve sıradan parçacıkların süpersimetrik eşleri gibi Standart Model'de açıklanmayan bazı hipotetik parçacıkların varlığı muhtemeldir.

12 temel fermiyonik çeşni, her birinde dört parçacık bulunan üç nesile ayrılır. Bu parçacıkların altısı kuarktır. Geriye kalan altı parçacık leptondur, bunların üçü nötrinodur ve geriye kalanlar da -1 elektrik yüküne sahiptir: elektron ve onun kuzenleri müon ve tau.

Renkhapsi denilen bir olgu sebebiyle kuarklar ve antikuarklar hiçbir zaman izole bir şekilde algılanamaz. Her kuark güçlü etkileşimin üç renk yükünden birini taşır; antikuarklar da benzer şekilde anti renk yükü taşırlar. Yüklü parçacıkların foton değiş tokuşu yoluyla etkileşmesi gibi renk yüklü parçacıklar da gluon değişimi yoluyla etkileşirler. Yüklü parçacıkların birbirlerinden ayrılmasıyla etkisi azalan elektromanyetik etkileşimden farklı olarak, renk yüklü parçacıklar ayrıldıkça daha fazla kuvvet hissederler.

Renk yüklü parçacıklar bir araya gelerek, hadronlar olarak bilinen renk yüksüz kompozit parçacıkları oluştururlar. Bir kuark bir antikuark ile çift oluşturabilir: bu durumda kuark bir renk yükü ve antikuark da ona karşılık gelen bir anti renk yükü taşır. Kuark ve antikuark birbirlerini sıfırlayarak mezonlar olarak bilinen renk yüksüz parçacıkları oluştururlar. Bunun alternatifi olarak biri kırmızı, diğerleri mavi ve yeşil olmak üzere üç kuark bir arada bulunabilir. Bu üç renk yüklü kuark birlikte renk yüksüz baryonları oluştururlar. Simetrik olarak antikırmızı, antimavi ve antiyeşil renk yüklerine sahip üç antikuark bir araya gelerek antibaryon oluşturabilir.

Kuarklar ayrıca kesirli elektrik yüküne sahiptirler, ancak kuarklar tam sayı elektrik yüklü hadronlarda hapis olduklarından kesirli yükler hiçbir zaman izole edilemez. Kuarklar +2/3 ve −1/3 antikuarklar da bunun tersi -2/3 ve +1/3 elektrik yüküne sahiptirler.

Standart Model'de vektör (spin-1) bozonları (gluonlar, fotonlar ve W ve Z bozonları) kuvvet taşıyıcısıdırlar. Higgs bozonu (spin-0) ise parçacıkların içkin kütlelerinden sorumludur.