Skladniki Modelu STandardowego czastek elementarnych i ich oddzialywan

image map

TO jest mapa Modelu Standardowego ktora reaguje na "klikanie" mysza: nalezy kliknac na wybranej czesci mapy aby ja powiekszyc i zobaczyc dalsze szczegoly

"Model Standardowy" jest terminem uzywanym od okreslenia zespolu teorii opisujacych oddzialywania silne (chromodynamika kwantowa - QCD) i elektro-slabe (teoria Glashowa-Salama-Weinberga). Mapa obejmuje takze grawitacje, ktora wprawdzie nie jest czescia modelu standardowego, ale opisuje odzialywanie fundamentalne ktoremu podlegaja wszystkie znane czastki.

Diagram struktury wewnatrz-atomowej
Larger (115k, gif) Larger (72k, jpg)

Gdyby protony i neutrony na tym rysunku mialy srednice 10 cm, wowczas kwarki i elektrony mialyby romiary nie wieksze niz 0.1 mm, zas caly atom mialby srednice 10 kilometrow.

Spin jest to wewnetrzny moment obrotowy czastek. Spin jest skwantowany, wystepuje zawsze jako wielokrotnosc h-bar, gdzie h-bar=h/2*pi = 6.58*10^-25 GeV s = 1.05*10^-34 J s.

Ladunki elektryczne podajemy w jednostkach ladunku protonu.W jednostkach SI ladunek elektryczny protonu wynosi 1.60 * 10^-19 Coulomba.

Jednostka energii w fizyce czastek jest elektronovolt (eV), czyli energia jaka uzyskuje elektron w polu potencjalu 1V. Masy podajemy w GeV/c2. (Pamietajmy ze E = mc2 ), gdzie 1 GeV = 10^9 eV = 1.60 * 10^-10 joula. Masa protonu wynosi 0.938 GeV/c^2 = 1.67*10^-27 kg

Mapa FERMIONOW
Larger(78k, gif) Larger (87k, jpg)

Mapa BOSONOW
Larger (66k, gif) Larger (55k, jpg)

Ladunek kolorowy

Kazdy kwark niesie jeden z trzech rodzajow "ladunku silnego" zawanego tez "ladunkiem kolorowym". Oczywiscie ladunek ten nie ma nic wspolnego z kolorem swiatla widzialnego. Dla gluonow mamy osiem mozliwych ladunkow kolorowych. Tak jak czastki naladowane elektrycznie odzialywuja poprzez wymiane fotonow, tak silne oddzialywanie polega na wymianie gluonow. Leptony, fotony oraz ciezkie bozony W i Z nie maja ladunku kolorowego i dlatego nie oddzialywuja silnie. Kwarkow i gluonow nie mozna od siebie odseparowac: wszystkie razem sa uwiezione wewnatrz kolorowo-obojetnych (mowimy tez "bialych") hadronow, na skutek specyficznych wlasnosci pola gluonowego powstajacego pomiedzu rodzielonymi ladunkami kolorowymi.

Uwiezienie

Uwiezienie jest specyficzna i dosc niezwykla wlasnoscia silnego oddzialywania. Inaczej niz w przypadku oddzialywan elektromagnetycznych, sila oddzialywania kolorowego pomiedzy kwarkami pozostaje stale przy wzroscie odleglosci pomiedzy nimi, uniemozliwiajac ich calkowite rozdzielenie. Kiedy energia pola gluonowego pomiedzy ladunkami kolorowymi jest dostatecznie duza zostaje zuzyta na produkcje dodatkowych par kwark-antykwark. Jednak obiekty ktore ostatecznie powstaja w wyniku takiego procesu (hadrony) sa kolorowo neutralne.

Niezwykle zachowanie potencjalu silnego wynika z faktu ze gluony niosa silny ladunek (fotony posredniczace w oddzialywaniach elektromagnetycznych sa elektrycznie neutralne). Chociaz uwiezienie jest uwazane za jedna z podstawowych wlasnosci silnego oddzialywania i jest ono faktem doswiadczalnym (nie zaobserwowano swobodnych tj nie zwiazanych w hadronach kwarkow) nie zostalo ono w sposob scisly wyprowadzone z zasad pierwszych chromodynamiki kwantowej.

Chart of Sample Fermionic Hadrons
Larger (29k, gif) Larger (27k, jpg)

Chart of Sample Bosonic Hadrons
Larger (32k, gif) Larger (25k, jpg)

Silne oddzialywanie resztkowe

Silne wiazanie pomiedzy kolorowo neutralnymi protonami i neutronami tworzacymi jadro jest wynikiem tzw silnego oddzialywania resztkowego pomiedzy naladowanymi kolorowo skladnikami nukleonow. Przypomina ono bardzo oddzialywanie wiazace elektrycznie neutralne atomy w molekuly. Mozna je opisywac jako wymiane mezonow pomiedzy hadronami, choc teoria taka nie ma charakteru fundamentalnego.

Wlasnosci oddzialywan

Chart of Properties of the Interactions
Larger (52k, gif) Larger (39k, jpg)

Materia i antymateria

Dla kazdej czastki istnieje odpowiednia antyczastka, oznaczana kreska ponad symbolem czastki (po angielsku "bar"). Czastki i antyczastki maja identyczne masy i spiny lecz przeciwne ladunki oraz inne liczny kwantowe takie jak dziwnosc i liczna barionowa. Niektore elektrycznie neutralne bozony (np. foton, Z0) sa swoimi wlaznymi antyczastkami. Jednak neutralny mezon K0 = ds z uwagi na swoja niezerowa dziwnosc nie jest identyczny z anty-K0.

Te rysunki sa raczej artystycznym niz naukowym wyobrazeniem procesow fizycznych. Rowniez ich skala jest calkowicie dowolna. Obszary zielone reprezentuja "chmure gluonow" lub mowiac scisle pole gluonowe. Linie czerwone to trajektorie kwarkow, linie czarne to trajektorie leptonow.

Charts

Neutron Decay
Larger (26k, gif) Larger (19k, jpg)

Neutron rozpada sie na proton, elektron i antyneutrino. W procesie tym w stanie posrednim mamy proton i ciezki (posredniczacy) bozon W. Jest to tzw. rozpad beta.

eplus eminus to Dplus Dminus
Larger (29k, gif) Larger (22k, jpg)

Elektron i pozytron (anty-elektron) w zderzeniu wysokiej energii anihiluja wytwarzajac wirualny bozon Z lub foton ktory ostatecznie rozpada sie na pare mezonow "powabnych" D+ i D-.

eta_c to piplus K0 Kminus
Larger (33k, gif) Larger (22k, jpg)

Kwarki c i c-bar zawarte w mezonie eta_c anihiluja w wirtualne gluony. Dodatkowa para kwar-antykwark wyprodukowana przez pole gluonowe daje ostatecznie pi+, K0, i K- jako produkty koncowe.