Alkeishiukkanen
Wikipedia
Alkeishiukkanen on hiukkasfysiikassa hiukkanen, josta suuremmat hiukkaset koostuvat. Esimerkiksi atomit ovat muodostuneet pienistä hiukkasista, jotka tunnetaan elektronina, protonina ja neutronina. Protoni ja neutroni vuorostaan ovat rakentuneet vielä alkeellisimmista hiukkasista, jotka tunnetaan kvarkkeina. Yksi hiukkasfysiikan suurimmista ongelmista on löytää alkeellisimmat hiukkaset - perushiukkaset - jotka muodostavat kaikki muut luonnon hiukkaset eivätkä itse ole muodostuneet pienemmistä hiukkasista.
Standardimallin mukaan alkeishiukkasia ovat leptonit, kvarkit ja mittabosonit. Leptonit ja kvarkit ovat fermioneita, eli ns. materiaalihiukkasia ja mittabosonit ymmärretään voimanvälittäjähiukkasina. Näillä hiukkasilla ei tiedetä olevan omaa sisäistä rakennetta, eli niiden ei oleteta jaukautuvan pienempiin osasiin. Bosonit erottaa fermioneista spin-luku, joka on bosoneilla kokonaisluku ja fermioneilla puoliluku.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Leptonit
Leptoneihin kuuluvat tutun elektronin ja neutriinoiden lisäksi samantapaiset mutta raskaammat hiukkaset myoni ja tau. Kullakin näistä on lisäksi antihiukkasensa, positroni, antimyoni, antitau ja antineutriinot. Neutriinojen mahdollisten antihiukkasten olemassaolosta ei vielä olla varmoja. Nykyään tiedetään, että neutriinoilla on pieni lepomassa.
[muokkaa] Kvarkit
Kvarkkeja on kuusi kappaletta, kuten leptoneitakin, antikvarkit mukaan laskettuina kaksitoista. Kuusi kvarkkia ovat u-, d-, c-, s-, t- ja b-kvarkit. Kirjaimet tulevat englanninkielisistä sanoista up (ylös), down (alas), charm (lumo), strange (outo), truth tai top (totuus tai huippu) ja beauty tai bottom (kauneus tai pohja).
Hadronit ovat useamman kvarkin yhdistelmiä. Kolmesta kvarkista muodostunutta hadronia kutsutaan baryoniksi ja kahdesta kvarkista muodostunutta hadronia kutsutaan mesoniksi. Tunnetuimmat hadronit ovat protoni (kaksi u-kvarkkia ja yksi d-kvarkki) ja neutroni (yksi u-kvarkki ja kaksi d-kvarkkia).
Alkeishiukkanen-sanaa on käytetty usein myös fermioneista ja esimerkiksi monilla kemian aloilla ei tarvitse ottaa huomioon suurta osaa fysiikan alkeishiukkasista.
[muokkaa] Mittabosonit
Mittabosonit välittävät perusvuorovaikutuksia. Perusvuorovaikutukset pyrkivät selittämään maailmankaikkeudessa vallitsevat voimat. Standardimallissa mittabosoneiksi katsotaan kuuluvan fotoni, gluoni, W-bosonit sekä Z-bosoni.
- Fotoni välittää sähkömagneettista vuorovaikutusta, vaikka fotoni onkin itse sähköisesti neutraali. Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen tuntee ainoastaa sähkövaraukselliset hiukkaset, kuten elektroni.
- Gluoni välittää vahvaa vuorovaikutusta, jonka tuntee ainoastaa värivaratut hiukkaset, eli kvarkit ja gluonit itse. Tämä vuorovaiktus sitoo kvarkit hadroneiksi.
- W-bosonit ja Z-bosoni välittävät heikkoa vuorovaikutusta, joka aiheuttaa radioaktiivisuuden, tästä esimerkkinä beetasäteily. Heikon vuorovaikutuksen tuntevat leptonit ja kvarkit.
Perusvuorovaikutuksiin kuuluu myös massallisiin hiukkasiin vaikuttava gravitaatio, mutta standardimalli ei ota kantaa sen olemassaoloon, sillä kukaan ei ole vielä havainnut sitä välittävää hiukkasta gravitonia. Toisaalta gravitaatio on voimana niin heikko muihin vuorovaikutuksiin nähden, että se voidaan hiukkasfysiikassa jättää huomioimatta.
[muokkaa] Alkeishiukkasten tutkiminen
Elektronit ovat alkeishiukkasista helpoiten keinotekoisesti tuotettavissa, sillä niitä voidaan tuottaa yksinkertaisesti lämmittämällä metallia ja asettamalla positiivisesti varautunut pinta tämän lähelle, jolloin metallista emittoituneet elektronit kiitävät sähkökentän vaikutuksesta kohti positiivista kohtiota. Muiden alkeishiukkasten tuottaminen ja havaitseminen onkin hankalampaa. Aikaa ennen hiukkaskiihdyttimiä alkeishiukkasia voitiin havaita tutkimalla kosmista säteilyä, mistä alkeishiukkasfysiikka varsinaisesti sai alkunsa. Positroni, myoni ja pioni löydettiin ensimmäisen kerran vuosina 1930-1940 kosmisesta säteilystä. [1] Myöhemmin alkeishiukkasia voitiin havaita myös ydinreaktoreissa radioaktiivisten ydinten hajotessa, esimerkiksi beetasäteilyn yhteydessä elektroneita ja positroneita sekä gammasäteilyn yhteydessä fotoneita. [2]
Nykyään alkeishiukkasten havaitsemista varten on rakennettu hiukkaskiihdyttimiä, joissa kiihdytetään korkeaenergisiä hiukkasia mm. magneettien avulla. Hiukkaskiihdyttimien avulla voidaan tuottaa mm. positroneita, myoneita, pioneita ja kaoneita. [2] Jopa ns. vapaita kvarkkeja ja gluoneita voidaan luoda törmäyttämällä tarpeeksi suurella energialla hiukkasia (protoneita), jolloin syntyy kvarkkigluoniplasmaa (kvarkit eivät enää sidoksissa toisiinsa). [3] Tällöin lämpötila ja paine ovat hetkellisesti todella korkeat. Kvarkkigluoniplasmaa ei voida kuitenkaan havaita suoraan, sillä se jäähtyy nopeasti (kvarkit sitoutuvat takaisin hadroneiksi), mutta sen olemassaolon voi päätellä hiukkasilmaisimilla niihin osuneista lopputilan hiukkasista.
[muokkaa] Katso myös
[muokkaa] Kirjallisuutta
- Schumm, Bruce A.: Syvällä asioiden sydämessä: Hiukkasfysiikan kauneus. (Alkuteos: Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics, 2004.) Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Terra Cognita, 2006. ISBN ISBN 952-5202-91-7.
[muokkaa] Lähteet
- ↑ What's Cosmic Ray? (html) Institute of Cosmic Ray Research, University of Tokyo. (englanniksi)
- ↑ 2,0 2,1 David Griffths: ”Introduction”, Introduction To Elementary Particles. Wiley, 1987. ISBN 0-471-60386-4. (englanniksi)
- ↑ Quark-gluon plasma Relativistic Heavy Ion Collider. (englanniksi)
Fermionit: Kvarkit: (u · d · s · c · b · top) | Leptonit: (Elektroni · Myoni · Tau · Neutriinot)
Mittabosonit: Fotoni | W- ja Z-bosonit | Gluoni
Vielä havaitsemattomat: Higgsin bosoni | Gravitoni | Muut hypoteettiset hiukkaset
