Lista particule elementare în fizică

(Particulele elementare incluse în Modelul Standard)

Aceasta este o listă a diferitelor tipuri de particule atomice și sub-atomice găsite sau presupuse a exista în întregul univers clasificat după tip. Proprietățile diferitelor particule enumerate sunt de asemenea date, precum și legile pe care le urmează particulele.

Particule elementare

Particulele elementare sunt particule fără structură internă măsurabilă; adică, nu se știe dacă ele sunt compuse din alte particule. Acestea sunt obiectele fundamentale ale teoriei câmpului cuantic. Există multe familii și sub-familii de particule elementare. Particulele elementare sunt clasificate în funcție de spinul lor. Fermionii au spin semi-întreg în timp ce bosonii au spin întreg. Toate particulele modelului standard au fost observate experimental, recent incluzând bosonul Higgs. Multe alte particule elementare ipotetice, cum ar fi gravitonul, au fost propuse, dar nu au fost observate experimental.

Fermioni

Fermionii sunt una dintre cele două clase fundamentale de particule, cealaltă fiind bosonii. Fermionii sunt descriși de statisticile Fermi-Dirac și au numere cuantice descrise de principiul excluziunii Pauli. Aceștia includ cuarcii și leptonii, precum și orice particule compuse constând dintr-un număr impar de acestea, cum ar fi toți barionii și mulți atomi și nuclee.

Fermionii au spin semi-întreg; pentru toți fermionii elementari cunoscuți, acesta este de 1/2. Toți fermionii cunoscuți, cu excepția neutrinilor, sunt de asemenea fermioni Dirac; adică fiecare fermion cunoscut are propria antiparticulă distinctă. Nu se știe dacă neutrino este un fermion Dirac sau un fermion Majorana. Fermionii sunt elementele de bază ale tuturor materialelor. Aceștia sunt clasificați după cum interacționează prin forța culorii sau nu. În modelul standard, există 12 tipuri de fermioni elementari: șase cuarci și șase leptoni.

Cuarci

Cuarcii sunt constituenții fundamentali ai hadronilor și interacționează prin interacțiunea puternică. Cuarcii sunt singurii purtători cunoscuți ai sarcinii fracționale, dar pentru că se combină în grupuri de trei (barioni) sau în perechi de un cuarc și un anticuarc (mezoni), se observă numai o sarcină numă întreg în natură. Antiparticulele lor respective sunt anticuarci, care sunt identice, cu excepția faptului că acestea poartă sarcină electrică opusă (de exemplu, cuarcul up poartă sarcina +​²⁄₃, în timp ce anticuarcul poartă sarcină -​²⁄₃), sarcină de culoare și număr barionic. Există șase arome de cuarci; cei trei cuarcuri încărcați pozitiv sunt denumiți „cuarci de tip up” iar cele trei cuarci încărcați negativ sunt numiți „cuarci de tip down”.

Cuarci

• Nume >>> Simbol >>> Antiparticule >>> Sarcina (e) >>> Masa (MeV/c²) >>> Spin
  
• up >>> u >>> u >>> +​²⁄₃ >>> 2.2+0.6 −0.4 >>> ½
• down >>> d >>> d >>> −​¹⁄₃ >>> 4.6+0.5 −0.4 >>> ½
• charm >>> c >>> c >>> +​²⁄₃ >>> 1280±30 >>> ½
• strange >>> s >>> s >>> −​¹⁄₃ >>> 96+8 −4 >>> ½
• top >>> t >>> t >>> +​²⁄₃ >>> 173,100±600 >>> ½
• bottom >>> b >>> b >>> −​¹⁄₃ >>> 4,180+40 −30 >>> ½

Leptoni

Leptonii nu interacționează prin interacțiunea tare. Antiparticulele lor respective sunt antileptoni identici, cu excepția faptului că aceștiea poartă sarcină electrică opusă și număr de lepton. Antiparticula unui electron este un antielectron, care este aproape întotdeauna numit un „positron” din motive istorice. Există șase leptoni în total; cei trei leptoni încărcați sunt numiți „leptoni asemănători electronilor”, în timp ce leptonii neutri sunt numiți „neutrini”. Neutrinii sunt cunoscuți pentru faptul că oscilează, astfel încât neutrinii cu aromă definită nu au o masă precisă, ci mai degrabă există într-o suprapunere a stărilor cuantice de masă. Neutrinul ipotetic greu de dreapta, numit „neutrino steril”, a fost scos de pe listă.

Leptoni

• Nume >>> Simbol >>> Antiparticule >>> Sarcina (e) >>> Masa (MeV/c²)
  
• Electron >>> e− >>> e+ >>> −1 >>> 0.511
• Neutrino electron >>> νe >>> νe >>> 0 >>> < 0.0000022
• Muon >>> μ− >>> μ+ >>> −1 >>> 105.7
• Neutrino muon >>> νμ >>> νμ >>> 0 >>> < 0.170
• Tau >>> τ− >>> τ+ >>> −1 >>> 1,776.86±0.12
• Neutrino tau >>> ντ >>> ντ >>> 0 >>> < 15.5

Bosoni

Bosonii sunt una dintre cele două clase fundamentale de particule, cealaltă fiind fermionii. Bosonii sunt caracterizați de statisticile Bose-Einstein și toate au spini întregi. Bosonii pot fi elementari, precum fotonii și gluonii, sau compuși, precum mezonii.

Conform modelului standard bosonii elementare sunt:

• Nume >>> Simbol >>> Antiparticula >>> Sarcina (e) >>> Spin >>> Masa (GeV/c²)  >>> Interacție mediată >>> Existența
  
• Foton >>> γ >>> Self >>> 0 >>> 1 >>> 0 >>> Electromagnetism >>> Confirmată
• Boson W >>> W− >>> W+ >>> −1 >>> 1 >>> 80.385±0.015 >>> Interacție slabă >>> Confirmată
• Boson Z >>> Z >>> Self >>> 0 >>> 1 >>> 91.1875±0.0021 >>> Interacție slabă >>> Confirmată
• Gluon >>> g >>> Self >>> 0 >>> 1 >>> 0 >>> Interacție tare >>> Confirmată
• Boson Higgs >>> H0 >>> Self >>> 0 >>> 0 >>> 125.09±0.24 >>> Masă >>> Confirmată
• Graviton >>> G >>> Self >>> 0 >>> 2 >>> 0 >>> Gravitație >>> Neconfirmată

Bosonii elementari responsabili pentru cele patru forțe fundamentale ale naturii sunt numiți particule de forță (bosoni gauge). Interacțiunea tare este mediată de gluon, interacțiunea slabă este mediată de bosonii W și Z și uneori este ipotetizată faptul că gravitația este mediată de graviton, deși nu este prevăzut de modelul standard, ci de alte teorii din cadrul teoriei câmpului cuantic.

Bosonul Higgs este postulat de teoria electroslabă în primul rând pentru a explica originea masei particulelor. Într-un proces cunoscut sub numele de „mecanismul Higgs”, bosonul Higgs și ceilalți bosoni gauge din modelul standard capătă masă prin spargerea simetriei spontane a simetriei gauge SU(2). Modelul minimal supersimetric standard (MSSM) prezice mai mulți bosoni Higgs. O nouă particulă care se așteaptă să fie bosonul Higgs a fost observată la CERN/LHC în data de 14 martie 2013, în jurul energiei de 126,5 GeV, cu o precizie de aproape cinci sigma (99,9999%, care este acceptată ca definitivă). Mecanismul Higgs care dă masa altor particule nu a fost încă observat.

Particule ipotetice

Teoria supersimetrică prezice existența mai multor particule, dintre care niciunul nu a fost confirmată experimental începând din 2018:

Superparteneri (Sparticule)

• Superpartener >>> Superpartener al >>> Spin >>> Note
• neutralino >>> bosoni neutri >>> 1/2 >>> Neutralinii sunt superpoziții ale superpartenerilor bosonilor neutri din Modelul Standard: bosonul Higgs neutru, bozonul Z și fotonul. Cel mai ușor neutralino este un candidat important pentru materia întunecată. MSSM prezice patru neutralini.
• chargino >>> bosoni încărcați >>> 1/2 >>> Chargino sunt superpozițiile superpartenerilor bosonilor încărcați din Modelul Standard: bosonul Higgs încărcat și bosonul W. MSSM prezice două perechi de chargino.
• fotino >>> foton >>> 1/2 >>> Amestecarea cu zino și Higgsino neutri pentru neutralino.
• wino, zino >>> bosoni W ± și Z0 >>> 1/2 >>> Amestecarea wino încărcați cu Higgsino încărcați pentru chargino, pentru zino vezi mai sus.
• Higgsino >>> boson Higgs >>> 0 >>> Pentru supersimetrie este nevoie de mai mulți bosoni Higgs, neutri și încărcați, în funcție de superpartenerii lor.
• gluino >>> gluon >>> 1/2 >>> Opt gluoni și opt gluici.
• gravitino >>> graviton >>> 3/2 >>> Previzionat de supergravitate (SUGRA). De asemenea, gravitonul este ipotetic.
• sleptoni >>> leptons >>> 0 >>> Superpartenerii leptonilor (electron, muon, tau) și neutrinii.
• sneutrino >>> neutrino >>> 0 >>> Prezentat de mai multe extensii ale modelului Supermodelului Standard și poate fi necesar pentru a explica rezultatele LSND. Un rol special îl are sneutrino steril, echivalentul supersimetric al neutrino ipotetic de dreapta, numit „neutrin steril”.
• scuarci >>> cuarci >>> 0 >>> Scuarcul stop (superpartener al cuarcului top) este considerat a avea o masă mică și este adesea subiectul căutărilor experimentale.

Notă: la fel ca fotonul, bosonul Z și bosonii W^± sunt superpoziții ale câmpurilor B⁰, W⁰, W¹ și W² – fotino, zino și wino^± – sunt superpoziții ale bino⁰, wino⁰, wino¹, și wino² prin definiție.

Alte teorii prezic existența unor bosoni adiționali:

Alți bosoni și fermioni ipotetici

• Nume >>> Spin >>> Note
• graviton >>> 2 >>> A fost propus să medieze gravitația în teoriile gravitației cuantice.
• graviton dual >>> 2 >>> A fost emisă ipoteza ca dualitate a gravitonului sub dualitatea electric-magnetică în supergravitație.
• graviscalar >>> 0 >>> De asemenea, cunoscut sub numele de „radion”.
• graviphoton >>> 1 >>> De asemenea, cunoscut sub numele de „gravivector”.
• axion >>> 0 >>> O particulă pseudoscalară introdusă în teoria lui Peccei-Quinn pentru rezolvarea problemei CP puternice.
• axino >>> 1/2 >>> Superpartenerul axionului. Formează, împreună cu saxionul și axionul, un supermultiplet în extensiile supersimetrice ale teoriei lui Peccei-Quinn.
• saxion >>> 0 >>>
• branon >>>? >>> Predicții în modelele lumii branice.
• dilaton >>> 0 >>> Predicție în anumite teorii ale corzilor.
• dilatino >>> 1/2 >>> Superpartener al dilatonului.
• X și Y bosoni >>> 1 >>> Acești leptocuarci sunt preziși de teoriile GUT pentru a fi echivalenții mai grei ai W și Z.
• W ‘și Z’ bosoni >>> 1 >>>
• foton magnetic >>>? >>> A. Salam (1966). „Monopolul magnetic și două teorii fotonice ale încălcării C”. Physics Letters 22 (5): 683-684.
• majoron >>> 0 >>> Previzionat pentru a înțelege masele de neutrino prin mecanismul balansoarului.
• majorana fermion >>> 1/2; 3/2 … >>> gluino, neutralino sau altul – este antiparticula sa proprie.
• chameleon >>> 0 >>> Un posibil candidat pentru energie întunecată și materie întunecată și poate contribui la inflația cosmică.

Particulele în oglindă sunt prezise de teorii care restaurează simetria parității.

„Monopolul magnetic” este un nume generic pentru particulele cu încărcătură magnetică diferită de zero. Acestea sunt prezise de unele teorii ale marii unificări.

„Tahionul” este un nume generic pentru particulele ipotetice care călătoresc mai repede decât viteza luminii (și astfel, paradoxal, călătoresc în timp invers datorită inversării teoriei relativității) și au o masă imaginară de repaus.

Preonii au fost sugerați ca subparticule ale cuarcilor și leptonilor, dar experimentele moderne de coliziune au exclus totuși existența lor.

Particulele Kaluza-Klein sunt prezise de unele modele cu dimensiuni suplimentare. Momentul extradimensional se manifestă ca o masă suplimentară în spațiu-timp patru-dimensional.