Luettelo hiukkasista

Tämä on luettelo hiukkasfysiikassa löydetyistä ja joistain hypoteettisista subatomisista hiukkasista.

Alkeishiukkaset

Pääartikkeli: Alkeishiukkanen

Alkeishiukkanen on hiukkanen, jolla ei ole havaittavissa olevaa sisäistä rakennetta eli se ei koostu muista hiukkasista. Ne ovat kvanttikenttäteorian fundamentaaleja kappaleita. Alkeishiukkasia luokitellaan niiden spinin perusteella Fermioneihin ja bosoneihin. Jälkimmäisillä spin on kokonaisluku ja fermioneilla se on puolikas.

Standardimalli

Pääartikkeli: Hiukkasfysiikan standardimalli

Hiukkasfysiikan standardimalli on tällä hetkellä paras tietämyksemme alkeishiukkasten fysiikasta. Kaikki Standardimallin hiukkaset, Higgsin bosonia lukuun ottamatta, on löydetty kokeellisesti.

Fermionit

Fermionien spin on puoliluku; kaikille tunnetuille alkeellisille fermioneille tämä on ½. Jokaisella fermionilla on lisäksi oma antihiukkasensa. Fermionit ovat aineen perusosasia. Ne luokitellaan sen mukaan, vuorovaikuttavatko ne vahvan vuorovaikutuksen värivoiman kautta. Standardimallin mukaan on olemassa 12 erilaista alkeisfermionien makua: kuusi kvarkkia ja kuusi leptonia.

• Kvarkit vuorovaikuttavat värivoiman kautta. Niiden antihiukkasia kutsutaan antikvarkeiksi. Kvarkeilla on kuusi makua:

Perhe	Nimi (maku)		Sähkövaraus (e)	Massa (MeV)	Antikvarkki
1	Ylös	(u)	+2/3	1,5--4	anti-ylös-kvarkki	$(\overline{u})$
	Alas	(d)	−1/3	4--8	anti-alas-kvarkki	$(\overline{d})$
2	Outo	(s)	−1/3	80--130	anti-outo-kvarkki	$(\overline{s})$
	Lumo	(c)	+2/3	1150--1350	anti-lumo-kvarkki	$(\overline{c})$
3	Pohja	(b)	−1/3	4100--4400	anti-pohja-kvarkki	$(\overline{b})$
	Huippu	(t)	+2/3	171400 ± 2100	anti-huippu-kvarkki	$(\overline{t})$

• Leptonit eivät vuorovaikuta värivoiman kautta. Niiden antihiukkasia kutsutaan antileptoneiksi, vaikkakin elektronin antihiukkasta kutsutaan historiallisista syistä positroniksi. Leptoneita on myös kuutta eri makua:

Varattu leptoni / antihiukkanen					Neutriino / antineutriino
Nimi	Symboli	Sähkövaraus (e)	Massa (MeV)		Nimi	Symboli	Sähkövaraus (e)	Massa (MeV)
Elektroni / Positroni	$e^- \, / \, e^+$	−1 / +1	0,511		Elektronin neutriino / Elektronin antineutriino	$\nu_e \, / \, \overline{\nu}_e$	0	< 0,0000022
Myoni	$\mu^- \, / \, \mu^+$	−1 / +1	105,7		Myonin neutriino / Myonin antineutriino	$\nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu$	0	< 0,17
Tau	$\tau^- \, / \, \tau^+$	−1 / +1	1777		Taun neutriino / Taun antineutriino	$\nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau$	0	< 15,5

Huomaa, että neutriinojen massan tiedetään eroavan nollasta johtuen neutriinojen oskillaatiosta, mutta niiden massat ovat niin pienet, ettei niitä ole voitu toistaiseksi mitata.

Bosonit

Bosoneilla on kokonaislukuspin. Luonnon perusvuorovaikutuksia välittävät mittabosonit ja massan arvellaan liittyvän Higgsin bosoniin. Standardimallin mukaan alkeisbosoneita ovat:

Nimi	Varaus (e)	Spin	Massa (GeV)	Voima, jota välittää
Fotoni	0	1	0	Sähkömagnetismi
W±	±1	1	80,4	Heikko voima
Z0	0	1	91,2	Heikko voima
Gluoni	0	1	0	Vahva voima
Higgsin bosoni	0	0	>112	Katso alla

Higgsin bosonin (spin-0) olemassaolon ennustaa sähköheikkoteoria, ja se on ainoa Standardimallin hiukkanen, jota ei ole vielä havaittu. Standardimallin Higgsin mekanismissa Higgsin kentän spontaani symmetriarikko synnyttää massiivisen Higgsin bosonin. Alkeishiukkasten sisäiset massat (erityisesti massiivisten W^±- ja Z⁰-bosonien) selitetään vuorovaikutuksina kyseisen kentän kanssa. Monet fyysikot uskovat Higgsin bosonin löytyvän Large Hadron Collider -hiukkaskiihdyttimellä.

Hypoteettiset hiukkaset

Supersymmetriset teoriat ennustavat myös muiden hiukkasten olemassolon. Yhtäkään näistä ei ollut vielä vuoden 2006 aikana kokeellisesti löytynyt.

• Neutraliino (spin-½) on superpositio eräistä neutraaleista standardimallin superpartnerihiukkasista. Neutraliino on hyvä ehdokas pimeän aineen hiukkaseksi. Varattujen bosonien superpartnereista muodostuneita hiukkasia kutsutaan vastaavasti chargiinoiksi.
• Fotiino (spin-½) on nimitys fotonin epäfysikaaliselle superpartnerille.
• Gravitiino (spin-³⁄₂) on gravitoni-bosonin superpartneri supergravitaatioteorioissa.
• Sleptonit ja skvarkit (spin-0) ovat Standardimallin fermionien supersymmetrisiä partnereita.

Muut teoriat ennustavat esimerkiksi seuraavanlaisia bosoneita.

• Gravitonin (spin-2) arvellaan välittävän gravitaatiota kvanttigravitaatioteorioissa.
• Graviskalaari (spin-0) ja gravifotoni (spin-1).
• Aksioni (spin-0) on pseudoskalaari hiukkanen, joka esiintyy Peccei-Quinn-teoriassa vahvan CP-ongelman ratkaisemiseksi.
• Saksioni (spin-0, skalaari, R-pariteetti=1) ja aksiino (spin-1/2, R-pariteetti = −1) muodostavat yhdessä aksionin kanssa supermultipletin Peccei-Quinn-teorian supersymmetrisessä laajennuksessa.
• X-bosoni, anti-X-bosoni, Y-bosoni ja anti-Y-bosoni ovat hiukkasia, jotka jotkin suuret yhtenäisteoriat ennustavat.
• Magneettinen fotoni.
• Steriileitä neutriinoita tarvitaan joissakin Standardimallien laajennuksissa. Niitä tarvittaneen LSND-tulosten selittämiseksi.
• Peilihiukkasten olemassaolon ennustavat teoriat, jotka säilyttävät pariteettisymmetrian.

Magneettinen monopoli on yleinen nimi hiukkasille, joilla on nollasta eroava magneettinen varaus. Eräät suuret yhtenäisteoriat ennustavat niiden olemassaolon.

Takioni on yleinen nimi hypoteettisille hiukkasille, jotka kulkevat valoa nopeammin ja joilla on imaginaarinen lepomassa.

Preonin otaksuttiin olevan kvarkkien ja leptonien sisäinen hiukkanen, mutta modernit törmäytyskokeet ovat kumonneet niiden olemassaolon.

Muut

• WIMP (heikosti vuorovaikuttava, massiivinen hiukkanen) on jokin hiukkanen, joka selittää pimeän aineen (kuten neutraliino tai aksioni).
• Pomeronin avulla on yritetty selittää hadronien elastista sirontaa ja Reggen napojen sijaintia Reggen teoriassa.
• Skyrmioni on pioni-kentän topologinen solitoni, jota käytetään nukleonien matalaenergiaisten ominaisuuksien kuvaamisessa... (??)
• Goldstone-bosoni on spontaanissa symmetrian rikkoutumisessa teoriaan automaattisesti sisältyvä massaton hiukkanen. Standardimallissa näistä päästään eroon määrittelemällä mittamuunnoksilla kentät sopivasti uudelleen.
• Goldstiino on Goldstone-fermioni, joka syntyy supersymmetrian spontaanissa rikossa.
• Instantoni (??)
• Oh-My-God-hiukkanen on ultrakorkean energian omaava kosminen säde (todennäköisesti protoni), joka on reilusti GZK-rajan yläpuolella. Se on energiaraja, jonka yläpuolella ei pitäisi olla havaittavia kosmisia säteitä.
• Spurioni on matemaattinen "hiukkanen", joka on laitettu joihinkin isospiniä rikkoviin hiukkasten hajoamisiin, jotta niitä voitaisiin tutkia isospinin säilyttävinä reaktioina.

Luokittelu vauhdin perusteella

• Tardioni tai bradioni kulkee valoa hitaammin, ja sillä on nollasta eroava lepomassa.
• Luksoni kulkee valon nopeudella, ja sillä ei ole lepomassaa.
• Takioni (mainittu yllä) on hypoteettinen hiukkanen, joka kulkee valoa nopeammin, ja sillä on imaginaarinen lepomassa.

Katso myös

• Jaksollinen järjestelmä

Viitteet

• S. Eidelman et al. (2004). ""Review of Particle Physics"". Physics Letters B 592: 1. 

(All information on this list, and more, can be found in the extensive, annually-updated review by the Particle Data Group)

• Joseph F. Alward, Elementary Particles, Department of Physics, University of the Pacific
• Elementary particles, The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.

Hiukkasfysiikka