Субатомските честички се градбените блокови на универзумот, компоненти кои се помали од атом. Тие се основни за разбирање на законите на природата и структурата на материјата. Во текот на оваа лекција, започнуваме со истражување на овие честички, нивните својства и како тие комуницираат, поставувајќи ја основата за разбирање на физиката на честичките.
Стандардниот модел е теорија која опишува три од четирите познати основни сили во универзумот, со исклучок на гравитацијата и ги класифицира сите познати субатомски честички. Ги категоризира овие честички во фермиони (честички на материјата) и бозони (носители на сила).
Фермионите понатаму се поделени на кваркови и лептони, додека бозоните вклучуваат фотони, W и Z бозони, глуони и Хигсовиот бозон. Кварковите се комбинираат за да формираат протони и неутрони, компоненти на атомските јадра, додека лептоните вклучуваат електрони, кои орбитираат околу јадрото.
Кварковите доаѓаат во шест типа или „вкусови“: горе, долу, шарм, чудно, врвот и дното. Тие ги искусуваат сите четири фундаментални сили, вклучувајќи ја и силната нуклеарна сила што ги држи заедно во рамките на протоните и неутроните. Кварковите никогаш не се наоѓаат во изолација поради феноменот наречен „затворање на бои“; тие постојат во парови или во групи од по три, формирајќи хадрони како протони (два до кваркови и еден долен кварк) и неутрони (два надолу кваркови и еден до кварк).
Лептоните, од друга страна, не ја доживуваат силната нуклеарна сила. Електронот е најпознатиот лептон, кој често се наоѓа во облакот што го опкружува атомското јадро. Други лептони вклучуваат мион, тау и нивните соодветни неутрина, кои се речиси без маса и многу слабо комуницираат со материјата.
Бозоните се честички кои посредуваат во основните сили. Фотонот е носител на електромагнетната сила, додека бозоните W и Z се одговорни за слабата нуклеарна сила, одговорна за процесите на нуклеарно распаѓање. Глуоните ја носат силната нуклеарна сила, држејќи ги кварковите заедно во протоните и неутроните. Хигсовиот бозон, откриен во 2012 година на Големиот хадронски судирач (LHC), е поврзан со Хигсовото поле, кое им дава маса на честичките.
Секој тип на честички во Стандардниот модел има соодветна античестичка, идентична по маса, но спротивна со други својства како што е електричното полнење. Кога честичките и античестичките се среќаваат, тие се уништуваат, претворајќи ја нивната маса во енергија според Ајнштајновата равенка, \(E = mc^2\) , каде \(E\) е енергија, \(m\) е маса и \(c\) е брзината на светлината.
Неколку експерименти беа клучни во нашето разбирање на субатомските честички:
QCD е теоријата што ја објаснува силната нуклеарна сила, една од четирите фундаментални сили, која дејствува помеѓу кваркови и глуони. Поставува дека кварковите носат својство наречено „набој во боја“ и дека размената на глуоните, кои исто така носат полнеж во боја, посредува во силната сила. Јачината на силната сила се намалува како што се приближуваат кварковите, својство познато како „асимптотична слобода“.
Електрослабата теорија ги обединува електромагнетните и слабите нуклеарни сили во една рамка. Тоа објаснува како, на високи енергетски нивоа (како оние веднаш по Големата експлозија), овие две сили се однесуваат како едно. Теоријата го предвидува постоењето на бозоните W и Z, подоцна потврдени експериментално.
И покрај неговиот успех, Стандардниот модел не е комплетен. Не ја вклучува гравитацијата, опишана со теоријата на општата релативност, ниту ја објаснува темната материја и темната енергија што го сочинуваат најголемиот дел од универзумот. Теориите како суперсиметрија и теоријата на струни предлагаат проширувања на Стандардниот модел, воведувајќи нови честички и концепти во обид да се решат овие мистерии.
Како заклучок, субатомските честички, најфундаменталните компоненти на материјата, се составен дел за разбирање на структурата на универзумот и основните сили што го обликуваат. Проучувањето на овие честички, преку теоретски рамки како Стандардниот модел и револуционерните експерименти, продолжува да го предизвикува и проширува нашето знаење за космосот.
