En fisica de las particulas, una particula elementària, o particula fondamentala, es una particula que se coneis pas la composicion: Se sap pas s’es constituida d'autras particulas mai pichonas. Las particulas elementàrias inclusisson los fermions fondamentals (quarks, leptons, e las antiparticulas, los antiquarks e los antileptons) que compausan la matèria e l'antimatièria, E tanben de bosons (bosons de jauge e boson de Higgs) que son de vectors de fòrças e jògan un ròtle de mediator dins las interaccions elementàrias entre los fermions. Una particula que conten mai d’unas particulas elementàrias es una plusieurs particules élémentaires es una particula composita.
Fermions (Estatistica de Fermi-Dirac) LeptonsQuarksCarga electrica0–1 e+2/3 e–1/3 eFermions de1re générationνeNeutrino electroniceElectronuQuark updQuark downFermions de2a generacionνµNeutrino muonicµMuoncQuark charmsQuark strangeFermions de3a generacionντNeutrino tauicτTautQuark topbQuark bottom Bosons (Estatistica de Bose-Einstein)InteractionsFèblaElectro-magneticaFòrtaBosons de gaujaZ0Boson ZW±Boson WγFotongGluonCamp de HiggselectrofèbleH0Boson de HiggsParticulas elementàrias del modèl estandard
La matèria tala que se la conéis es compausada d'atóms, que se cresiá èsser de particulas elementàrias (lo mot « atóm » significa insecable en grèc). La quita existéncia de l'atòm foguèt controversiada fins a 1910: los fisicians de l'epòca vesián las moleculas coma d’illusions matematicas e la matèria sonque compausada d’energia. Enseguida, los constituents subatomicas foguèron identificats. Al començament de las annadas 1930, l'electron e lo proton foguèron observadas, e tanben lo foton, la particula de la radiacion electromagnetica. Mentretant, las avançadas recentas de la mecanica quantica cambièron radicalament la quita concepcion de la particula, qu'una particula sola podava ocupar una partida de l’espaci coma lo fariá una onda , un fenomèn qu’es pas sempre explicable a nòstra escala compausadas d’objècte (coma atòms e moleculas) qu’an una localitat precisa.
Amb la teoria quantica, se descobriguèt que los protons e los neutrons contenián de quarks (nomenats up e down), ara considerarts coma de particulas elementàrias. E a l'interior d'una molecula, los tres gras de libertat de l'electron (carga , espin e orbitala) pòdon èsser destriats per la foncion d’onda en tres quasi-particulas (olon, espinon et orbiton). Pasmens, un electron liure (qu’es atomic pas en orbita a l’entorn d'un nuclèu atomic e donc sens movement orbital) sembla insecable e demora classificat coma particula elementària.
Los fermions elementaris an un espin semientièr e obesisson a l’estatistica de Fermi-Dirac e al principi d'exclusion de Pauli: constituisson la matèria barionica. Los bosons an un espin entièr e obesisson a l’estatistica de Bose-Einstein : constituisson las interaccions elementàrias, levat la gravitacion qu’avèm pas encora capitat a integrar al modèl estandard.
Los dotze fermions descrich pel modèl estandard son classificats en tres generacions, es a dire en tres quadruplets de particulas que los tèrmes correspondents son de massa creissanta d'una generacion a la seguenta. Sols los fermions de la primièra generacion (que la massa es mai fèbla) de biais corrent son observats e constituisson la matèria que coneissem ; los uèit autres fermions s'obsèrvon pas que dins de condicions particuliarament energeticas (coma dins un accelerator de particulas).
Istòria +Proprietats principalas des las primièras particulas identificadasLas valors son donadas amb una precision de 1 % per las massas.ParticulaMassaCarga electricaNeutron1 u.m.aneutraProton1 u.m.aeElectron1/2000 u.m.a. -e Los Grècs de l'Antiquitat, coma Democrit, introduguèron lo mot « atòm », que significa « indivisible », per nomenar los constituents fondamentals de la matèria. Se descobriguèt al sègle XX que los quites atòms èran compausat de pichonas particulas : electrons, protons e neutrons (veniá don possible de « trencar un atòm »).
Dins la annadas 1930, los scientifics pensavan que los electrons, los protons efoguèron alara designats coma « particulas elementàrias ».
Per estudiar l'interaccion dels neutrons e dels protons dins l nuclèu atomic, se los fa far de tust dins un accelerator de particulas. Se decobriguèt alara qu’aquestas particulas subatomicas son d’esperelas compausadas d’objèctes mai pichons, los quarks. Los protons e los neutrons son compausats cadun de quarks. Aquestas particulas compositas son gaireben sempre representadas jos forma perfièchament esferica mas aquesta darrièra representa solament la region de l’espaci al delà de que la natura composita d’aquestas particulas ven visibla. Dins lo modèl estandard, proton e neutron an veraiament pas de forma.
Fins ara, pas cap de sosestructura foguèt descobèrta als quarks ni als eleectrons. Son donc las novèlas particulas elementàrias.
L'observacion des tusts de particulas, compositas esovent instablas, permetèt als fisicians de deduire l’existéncia de novèlas particulas elementàrias. La descripcion dels compausants de basa de la natura e de lors interaccions es descricha dins la teoria fisica nomenada lo « modèl estandard » de las particulas.
Particulas elementàrias del modèl estandard Los primièrs passes dins l'elaboracion del modèl estadard de las particulas elementàrias los faguèron en 1960 lo fisician american Sheldon Glashow, prèmi Nobel de fisica 1979, amb l'unificacion de l'interaccion electromagnetica e de l'interaccion fèbla en une interaccion electrofèbla al dessús d'una energia d'unificacion de l'òrdre de . Puèi, en 1967, l'American Steven Weinberg e lo Paquistanés Abdus Salam integrèron lo mecanisme de Higgs (teorizat en 1964 per Peter Higgs) al model realizat per Glashow per li donar sa forma actuala, que pren en compte de la massa de las particulas; recebèron atal mo prèmi Nobel de fisica 1979, mentrtant que Glashow. Fin finla, lo modèl estandard foguèt finalizat par l'unificaion de la cromodinamica quantica amb l’interaccion electrofèbla, per i integrar l'interaccion fòrta prenent en compte entre autres la libertat asimptotica lo confinhament de color dels quarks en hadrons que la carga de color resultanta es sempre « blanca » (que le qualificatiu cromodinamic aplicat a aquesta teoria quantica dels camps).
Fermions Los fermions son descrichs pel modèl estandard coma avent un espin semientièr e respectant lo principi d'exclusion de Pauli en acòrdi amb lo teorèma espin-estatistica. Existís dotze fermions descrich pel modèl estandard.
Los fermions elementaris podavan èsser classificada en tres familhas. Cada familha conten dos quarks, un lepton cargat e son neutrino. D'una familha a l'autra, las proprietats de las particulas sont semblablas, levat lor massa. Aquestas massas son sempre mai elevadas de la primièra a la tresena familha.
La primièra familha conten las particulas mai establas e correntas: los quarks up e down, l'electron e lo neutrino electronic (νe). Dins la segonda familha, i a los quarks charm e strange E tanben lo muon e lo neutrino muonic (νμ). Los quarks top et bottom, lo tauon e le neutrino tauic (ντ) forman la tresena familha.
Absoludament tot çò qu’existís resulta de l'agençament d’aquestas 12 particulas o de lors antiparticulas: los fermions forman la matèria.
Leptons Dentre los dotze fermions del modèl estandard, sièis seràn pas somés a l'interaccion fòrta e coneisson pas que l'interaccion fèbla e l'interaccion electromagnetica: son los leptons. L'interaccion electromagnetica concernís pas las particulas portant una carga electrica, alara que l'interaccion fèbla agís sus totes los leptons, e tanben aquestes electricament neutres.
I a sièis menas, o sabors de leptons, que tres an una carga electrica negativa e tres son neutres. Mas, a la diferéncia dels quarks, un lepton pòt s’encontrar sol.
Lo lepton mai conegut es l'electron (e). Los dos autres leptons encargats son lo muon (μ) e lo tau (τ). Son plan mai massisses que l'electron. Los tres leptons sens carge electrica son los neutrinos (ν, de la letra grèga "nu"). I a una sabor de neutrino associada a cadun dels leptons cargats: un neutrino electronic (νe), un neutrino muoni (νμ) e un neutrino tauonic (ντ).
L'existéncia du neutrino electronic foguèt predicha per Wolfgang Pauli en 1932, mas es pas qu'en 1956 que foguèt descobèrt. Mentretant, lo muon foguèt observat (en 1936) dins las reaccions entre l'atmosfèra e los rais cosmics. Pas res fasiá pensar a son existéncia, fins a qu'Isidor Isaac Rabi, un fisician de las particulas, aculhiguèt la novèla demandant: « Mas qui comendèt aqueste daquòs? ». La suspresa venguèt una cerca mai prigonda e menèt a la descobèrta dels autres leptons.
Los neutrinos foguèron plan malaisits a veire que fan gaireben pas d’interaccion amb la matèria. Cal bastir d’observatòris sosterranhs, alunhats de tota perturbacion, per poder detactar unes neutrinos per jorn. Pasmens, lo Solelh larga una enòrma quantitat de neutrinos. Atal, de milliards de neutrinos solars passan pel nòstres còrs a cada segonda, mas fan pas d’interaccion sonque amb el. Cargaelectrica0–1 e ( e = 1,602176487×10-19 C )GeneracionParticulaSimbòl /antiparticulaMassa(keV/c2)ParticulaSimbòl /antiparticuleMassa(keV/c2)1reNeutrino electronicνe / νe< Electrone – / e +2eNeutrino muonicνµ / νµ< Muonµ – / µ +3eNeutrino tauicντ / ντ< Tauτ – / τ + Cada lepton a son antilepton, de mèsma massa, mèsme espin, mas de carga electrica opausada, d'isoespin fèble opausat o encora d'elicitat invèrs (esquèrra pels neutrinos, drecha pel antineutrinos):
un antineutrino per cada sabor de neutrino lo positron per l'electron l'antimuon pel muon l'antitau pel tau
Quarks D’entre los dotze fermions del modèl estandard, sonque sièis coneisson l'interaccion fòrta al mèsme títol que l'interaccion fèbla e l'interaccion electromagnetica: so los quarks.
En 1964, Murray Gell-Mann e George Zweig descobriguèron de biais independent que de centenats de particulas podavan s’explicar per de combinasons de sonque tres elements. Gell-Mann causiguèt lo nom « quarks » per designar aquestes elements. Aqueste mot foguèt inventat per James Joyce dins son roman Finnegans Wake. Es pas qu’al començament de las annadas 1970 que la realitat fisica d’aquestes quarks foguèt provada, e que s’aucèron al reng de particulas.
Savèm ara qu’i a sièis menas o sabors de quarks. Foguèron nomenats, per òrdre de massas creissenta: up, down, strange, charm, bottom e top. Mai, per cadun d’aqueste quarks, i a un antiquark correspondent.
Los quarks an la proprietat d'aver una carga electrica fraccionària. Aquesta carga es de 2/3 pels quarks up, charm e top e de –1/3 pels quarks down, strange e bottom.
Los quarks son de particulas sociablas: se’n trapa pas jamai un que siá sol. Se tenon en paquets de dos o tres per formar de particulas nomenadas hadrons. Per exemple, lo proton es un hadron compausat de dos quarks up e d'un quark down. Quant al neutron, es format de dos quarks down e d'un quark up. Aquesta proprietat fa que las particulas observadas a l'estat liure an totas una carga electrica entièra o nula.
Las particulas formadas de quarks e d'antiquarks son nomenadas hadrons. Se destrian en doas classas:
los baryons, formats de tres quarks, coma los neutrons (n) o los protons (p) o de tres antiquarks: l'antiproton e l'antineutron, los mesons, formats d'un quark e d'un antiquark.
drecha|vinheta|200x200px|Sintèsi additiva de las colors primàrias. L'interaccion fòrta es responsabla del confinhament dels quarks, a causa de que es impossible d'observar una particula elementària o compausada que la carga de color resultanta es pas « blanca ». Existís en efièch tres « colors » (nomenadas convencionalament roge, verd, bleu en referéncia a la colors primàrias) e tres « anticolors » (nomenadas convencionalament antiroge, antiverd e antiblau), qu’obesisson a las règles seguentas, remembrant la sintèsi additiva de colors primàrias: