Particella elementare

I Fermioni (dal nome dello scienziato Enrico Fermi) hanno un numero di giri di ½, e sono quark o leptoni. Ci sono 12 diversi tipi di fermioni (senza antimateria). Ogni tipo è chiamato "sapore". I sapori sono:

• Quark: su, giù, fascino, strano, sopra, sotto. I quark si presentano in tre coppie, chiamate "generazioni". La prima generazione (su e giù) è la più leggera e la terza (sopra e sotto) è la più pesante. Un membro di ogni coppia (su, charm e sopra) ha una carica di ⅔. L'altro membro (in basso, strano e in basso) ha la carica -⅓.
• Leptoni: elettrone, muone, tau, neutrino elettronico, neutrino muonico, neutrino muonico, neutrino tau. I neutrini hanno carica 0, da cui il prefisso neutro. Gli altri leptoni hanno carica -1. Ogni neutrino prende il nome dal suo corrispondente leptone originale: l'elettrone, il muone e il tau.

Si pensa che sei dei 12 fermioni siano destinati a durare per sempre: i quark su e giù, l'elettrone e i tre tipi di neutrini (che cambiano costantemente sapore). Gli altri fermioni decadono. Cioè, si scompongono in altre particelle una frazione di secondo dopo la loro creazione. La statistica di Fermi-Dirac è una teoria che descrive come si comportano le collezioni di fermioni. In sostanza, non si può avere più di un fermione nello stesso posto nello stesso momento.

I bosoni, che prendono il nome dal fisico indiano Satyendra Nath Bose, hanno spin 1. Anche se la maggior parte dei bosoni sono fatti di più di una particella, ci sono due tipi di bosoni elementari:

• Bosoni del calibro: gluoni, bosoni W+e W-, bosoni Z0 e fotoni. Questi bosoni portano 3 delle 4 forze fondamentali, e hanno un numero di giri di 1;
• Gluon: I gluoni sono particelle senza massa e senza carica, e sono i portatori della forte interazione di forza. Essi, insieme ai quark, si uniscono per formare particelle composte chiamate adroni, che includono protoni e neutroni.
• Bosoni W e Z: I bosoni W e Z sono particelle che portano la forza debole. Il bosone W ha una particella di materia (W+) e una particella di antimateria (W-), mentre il bosone Z è la sua antiparticella. Il bosone W è prodotto in decadimento beta, ma quasi immediatamente si trasforma in un neutrino e in un elettrone. Il bosone W e il bosone Z sono stati entrambi scoperti nel 1983.
• Fotone: I fotoni sono particelle senza massa e senza carica che trasportano la forza elettromagnetica. I fotoni possono avere una certa frequenza che determina la loro radiazione elettromagnetica. Come tutte le altre particelle senza massa, viaggiano alla velocità della luce (300.000 km/s).
• Bosone di Higgs: I fisici credono che le particelle massicce abbiano massa (cioè non sono puri fasci di energia come i fotoni) a causa dell'interazione di Higgs.

Il fotone e i gluoni non hanno carica, e sono le uniche particelle elementari che hanno una massa di 0 per certo. Il fotone è l'unico bosone che non si decompone. La statistica di Bose-Einstein è una teoria che descrive come si comportano le collezioni di bosoni. A differenza dei fermioni, è possibile avere più di un bosone nello stesso spazio nello stesso tempo.

Il Modello Standard comprende tutte le particelle elementari sopra descritte. Tutte queste particelle sono state osservate in laboratorio.

Il modello standard non parla di gravità. Se la gravità funziona come le altre tre forze fondamentali, allora la gravità è trasportata dall'ipotetico bosone chiamato gravitone. Il gravitone deve ancora essere trovato, quindi non è incluso nella tabella qui sopra.

Il primo fermione ad essere scoperto, e quello che conosciamo meglio, è l'elettrone. Il primo bosone ad essere scoperto, e anche quello che conosciamo di più, è il fotone. La teoria che più accuratamente spiega come l'elettrone, il fotone, l'elettromagnetismo e la radiazione elettromagnetica lavorano tutti insieme è chiamata elettrodinamica quantistica.