מיון החלקיקים

החלקיקים היסודיים – הרכב החומר וכוחות

מיון החלקיקים הוא מיון של חלקיקים בהתאם לתכונות הפיזיקליות שלהם. חלקיקים אלו יכולים להיות חלקיקים יסודיים או חלקיקים מורכבים. ברשימה להלן מוצגים הן חלקיקים שנתגלו באופן ניסויי והן חלקיקים שטרם נתגלו אך ישנן תאוריות המנבאות את קיומם.

חלקיקים מורכבים

פרוטון מורכב משלושה קווארקי ערכיות (uud). הגלואונים אשר מסומנים בצורת גלים מיצבים את הפרוטון

• מולקולה היא החלקיק הקטן ביותר של חומר אשר משמר את תכונותיו הכימיות, כלומר כל סוג מולקולה מתאים לתרכובת כימית מסוימת. מולקולה מורכבת מאטום אחד או יותר.
• אטומים הם החלקיקים המרכיבים את המולקולות, וניתן לקבל אותם ממולקולות בעזרת תגובות כימיות. האטום מורכב מגרעין קטן ומסיבי המוקף בענן אלקטרונים. כל אטום מגדיר יסוד כימי בהתאם למספר הפרוטונים שבו. מספר הנייטרונים בגרעין קובע את סוג האיזוטופ של היסוד. באטום נייטרלי מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים, ואילו ביון מספרם שונה.
• גרעין האטום מורכב מפרוטונים ונייטרונים, כלומר מנוקליאונים. פיזיקה גרעינית מתארת את מגוון התהליכים בהם גרעין אחד הופך למשנהו.
• חלקיקים תת-אטומיים:
  • האדרונים מוגדרים כחלקיקים מורכבים הבנויים מקווארקים אשר מוחזקים יחד בעקבות פעולת הכוח הגרעיני החזק.
    • מזונים הם בוזונים המורכבים מקווארק ערכיות ואנטי-קווארק ערכיות, והם כוללים בין השאר את הפאיונים והקאונים.
      • מזונים אקזוטיים:
        • הטטראקווארקים מורכבים משני קווארקים ומשני אנטי-קווארקים.
    • באריונים הם פרמיונים המכילים שלושה קווארקי ערכיות (valence quarks). אנטי-באריונים מכילים שלושה אנטי-קווארקי ערכיות. המונח 'ערכיות' מתייחס למספרים הקוונטיים של קווארקים אלו הקובעים את המספרים הקוונטיים של הבאריון המורכב מהם. מספרים קוונטיים כאלו יכולים להיות תנע זוויתי, זוגיות וצימוד מטען הקשורים לחבורת פואנקרה, ומספרים קוונטיים של 'טעם', כמו איזוספין.
      • נוקליאונים הם החלקיקים המרכיבים את גרעין האטום - הפרוטון והנייטרון.
      • היפרונים כגון חלקיקי Δ ,Λ ,Ξ ו-Ω הם באריונים המכילים קווארקי s אך אינם מכילים קווארקי c או b. זמן החיים שלהם קצר יחסית והם מסיביים יותר מנוקליאונים. הם אינם מופיעים בגרעין של יסוד כימי רגיל, אך ניתן לבנות מהם היפר-גרעינים.
      • באריונים אקזוטיים:
        • הפנטאקווארקים מורכבים מארבעה קווארקים ואנטי-קווארק אחד.
  • בוזוני כיול מורכבים:
    • כדורי גלואונים הם מצבים מורכבים של שני גלואונים או יותר.
  • היברידים מורכבים מאחד או יותר זוגות של קווארק-אנטי-קווארק ערכיות וגלואון אמיתי אחד או יותר.

חלקיקים יסודיים

המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים
בוזונים	פרמיונים
	קווארקים
פוטון	למעלה	קסום	עליון
גלואון	למטה	מוזר	תחתון
	לפטונים
בוזון Z	נייטרינו אלקטרוני	נייטרינו מיואוני	נייטרינו טאואוני
בוזון W	אלקטרון	מיואון	טאו
בוזון היגס

חלקיקים יסודיים ("אלמנטריים") הם חלקיקים שאינם ניתנים לחלוקה. תכונת הספין חשובה להגדרת אופיו של החלקיק היסודי.

• לפרמיונים יש ספין לא שלם. עבור כל הפרמיונים האלמנטריים שנתגלו עד כה מדובר בספין של 1/2 (ביחידות של קבוע פלאנק). הפרמיונים היסודיים, אבני הבניין היסודיות ביותר של החומר, מסווגים על-פי פעולת הכוח הגרעיני החזק עליהם. בהתאם למודל הסטנדרטי ישנם 12 "טעמים" של פרמיונים, שישה קווארקים ושישה לפטונים. לכל פרמיון קיים אנטי-חלקיק המתאים לו.
  • קווארקים מגיבים עם הכוח הגרעיני החזק. הם קיימים בשישה טעמים: למעלה, למטה, מוזר, קסום, תחתון (או "יופי") ועליון (או "אמת"). כל קווארק נושא מטען צבע וכל אנטי-קווארק נושא מטען אנטי-צבע.
  • לפטונים לא מגיבים עם הכוח הגרעיני החזק. גם הם מופיעים בשישה טעמים: אלקטרון, מיואון, טאו, נייטרינו אלקטרוני, נייטרינו מיואוני ונייטרינו טאואוני.
• בוזוני כיול, שהיציבים שבהם מתאפיינים בהיעדר מסת מנוחה, נושאים מספרי ספין שלמים (כמו שאר הבוזונים), ומתייחדים בהיותם נושאים את הכוחות היסודיים של הטבע.
  • על פי המודל הסטנדרטי, ישנם 13 בוזוני כיול:
    • הפוטון (ספין 1) נושא את הכוח האלקטרומגנטי.
    • שלושת בוזוני W ו-Z (ספין 1) נושאים את הכוח הגרעיני החלש.
    • שמונת הגלואונים (ספין 1) נושאים את הכוח הגרעיני החזק.
    • בוזון היגס (ספין 0) נחזה על ידי התאוריה האלקטרו-חלשה. חלקיק זה התגלה במאיץ LHC בשנת 2012.
  • בוזוני כיול נוספים נחזים על ידי מודלים שונים:
    • הגרביטון (ספין 2) הוצע בתור חלקיק הנושא את הכבידה.
    • אקסיון הוא חלקיק נייטרלי בעל ספין 0 שקיומו יכול לפתור סוגיה בפיזיקת החלקיקים אשר קרויה "בעיית שבירת CP של הכוח החזק".

ראו גם

• מבנה החומר
• אנטי-חלקיק
• המודל הסטנדרטי
• פיזיקת חלקיקים
• חלקיקים מובחנים ובלתי מובחנים

קישורים חיצוניים

• סיכום המידע על חלקיקים אלמנטריים (particle data group)
• ארז גרטי, כיצד בנוי החומר וממה עשוי הכח? – המודל הסטנדרטי, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 28 ביוני 2011