ความแตกต่างระหว่างควาร์กและเลพตันคืออะไร?

เนื้อหา

• Quarks และ Leptons เป็นทั้งอนุภาคพื้นฐาน
• Leptons มีจำนวนเต็ม ควาร์กมีค่าใช้จ่ายบางส่วน
• Leptons สามารถดำรงอยู่ได้อย่างอิสระ; ควาร์กไม่สามารถ
• ควาร์กและเลปตันเป็นกองกำลังพื้นฐานที่แตกต่างกัน

ฟิสิกส์ของอนุภาคเป็นสาขาย่อยของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาอนุภาคมูลฐานระดับอะตอม - อนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นอะตอม ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 มีการทดลองหลายครั้งที่แนะนำว่าอะตอมซึ่งเชื่อว่าเป็นองค์ประกอบที่เล็กที่สุดของสสารประกอบขึ้นจากอนุภาคขนาดเล็กกว่า ทฤษฎีใหม่ถูกออกแบบมาเพื่ออธิบายสิ่งนี้ (เช่นแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค) การทดลองใหม่ ๆ ได้รับการออกแบบ (โดยใช้อุปกรณ์เช่นเครื่องเร่งอนุภาค) และมันก็ค่อยๆกลายเป็นที่ชัดเจนว่าอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นอะตอมอาจแตกตัวได้ สองตัวอย่างของอนุภาคดังกล่าวคือควาร์กและเลปตันและในขณะที่อนุภาคประเภทนี้มีเหมือนกันมากความแตกต่างของอนุภาคเหล่านี้มักจะสิ้นเชิง

Quarks และ Leptons เป็นทั้งอนุภาคพื้นฐาน

ควาร์ก (ชื่อโดยผู้ชนะรางวัลโนเบลเมอร์เรย์เจลแมนน์หลังจากที่อ้างถึงในหนังสือ "Finnegans Wake" โดยเจมส์จอยซ์) และปัจจุบันเชื่อว่าเป็นอนุภาคพื้นฐานที่สุด leptons; นั่นคือพวกเขาไม่สามารถแยกย่อยเป็นอนุภาคเพิ่มเติม ควาร์กและ leptons นั้นไม่ได้เป็นอนุภาค ค่อนข้างพวกเขาอ้างถึงครอบครัวของอนุภาคแต่ละคนมีสมาชิกหกคน กลุ่มของควาร์กประกอบด้วยอนุภาคขึ้นลงบนลงล่างเสน่ห์และอนุภาคแปลก ๆ ในขณะที่ leptons ประกอบด้วยอิเล็กตรอนนิวตริโนอิเล็กตรอนมิวอนนิวตริโนมิวนิกเอกภาพเอกภาพและเอกภาพ นอกจากนี้ยังมี antiparticles ที่เกี่ยวข้องกับแต่ละอนุภาค antiparticle เป็นกระจกตรงข้ามของอนุภาคที่เกี่ยวข้อง (เช่นมีประจุตรงข้าม)

Leptons มีจำนวนเต็ม ควาร์กมีค่าใช้จ่ายบางส่วน

Leptons มีประจุไฟฟ้าของหน่วยประจุพื้นฐานหนึ่งหน่วย (หมายถึงประจุของอิเล็กตรอนเดี่ยว) ในกรณีของอิเล็กตรอน muon หรือ tau หรือไม่มีประจุในกรณีของนิวตรอนที่สอดคล้องกัน ในทางกลับกันควาร์กแต่ละแห่งมีค่าใช้จ่ายเศษส่วน (+/- 1/3 หรือ +/- 2/3 ขึ้นอยู่กับควาร์ก) เมื่อควาร์กเหล่านี้ถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันผลรวมของการเรียกเก็บเงินจะเพิ่มขึ้นเป็นจำนวนเต็มเสมอ ตัวอย่างเช่นถ้าสองควาร์กขึ้นและควาร์กลงหนึ่งอัน (ที่มีประจุ +2/3 และ -1/3 ตามลำดับ) จะถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันผลรวมของค่าใช้จ่ายจะเพิ่มขึ้นเป็น +1 และสร้างอนุภาคใหม่ อนุภาคใหม่นี้คือโปรตอนซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของนิวเคลียสอะตอม

Leptons สามารถดำรงอยู่ได้อย่างอิสระ; ควาร์กไม่สามารถ

ในขณะที่ควาร์กทุกคนมีค่าใช้จ่ายบางส่วนควาร์กจะไม่มีตัวตนอยู่ในธรรมชาติอย่างอิสระ นี่เป็นเพราะพลังพื้นฐานที่เรียกว่า "พลังที่แข็งแกร่ง" แรงที่รุนแรงซึ่งถูกสื่อโดยอนุภาคที่มีแรงเรียกว่ากลูออนทำหน้าที่ภายในนิวเคลียสของอะตอมและทำให้ควาร์กดึงดูดกัน แรงระหว่างควาร์กเพิ่มขึ้นเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ออกจากกันทำให้มั่นใจว่าจะไม่ตรวจพบควาร์กฟรี สาขาการศึกษาที่อุทิศให้กับการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กและกลูออนเรียกว่าควอนตัมโครมาไดนามิค (QCD) ในทางกลับกัน Leptons เป็นอนุภาค "อิสระ" มากและสามารถแยกได้

ควาร์กและเลปตันเป็นกองกำลังพื้นฐานที่แตกต่างกัน

มีพลังพื้นฐานอยู่สี่ประการในธรรมชาติ: แรงอันแรง (ซึ่งมีนิวเคลียสของอะตอมและควาร์กรวมกัน), พลังที่อ่อนแอ (ซึ่งรับผิดชอบการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี), แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งช่วยให้อะตอมอยู่ด้วยกัน) และแรงโน้มถ่วง วัตถุใด ๆ ที่มีมวลหรือพลังงานในเอกภพ) ควาร์กอยู่ภายใต้กำลังพื้นฐานทั้งหมด ในทางกลับกัน leptons จะขึ้นอยู่กับแรงทั้งหมดยกเว้นกำลังแรง นี่เป็นเพราะแรงที่แรงมีระยะสั้นมากโดยทั่วไปจะมีขนาดเล็กกว่านิวเคลียสของอะตอม ดังนั้นแรงที่แข็งแกร่งโดยทั่วไปจะถูกคุมขังในพื้นที่นี้ ในทางกลับกันแรงที่อ่อนแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงสามารถกระทำในระยะไกลได้มากกว่าแรงที่แข็งแกร่ง