Aineosakesed
Põhiosa fundamentaalosakestest on nn aineosakesed. Neid võib nimetada aine ehituskivideks, kuigi ainult väike osa neist võtab osa meile elutähtsa stabiilse aine ehitusest.
Aineosakeste tabel on mitmeti sümmeetriline. Esiteks jaguneb ta kaheks teatud vastavussuhetega (millel me õpiku raames ei saa peatuda) osaks: leptonid ja kvargid. Kvargid on tugeva vastastikmõjuga osakesed, leptonid mitte. Kõik nad alluvad nõrgale vastastikmõjule, elektromagnetilist vastastikmõju iseloomustab elektrilaeng vastavalt tabelile.
Kvarkidele toimib tugev jõud, leptonitele mitte.
Leptonid, | Kvargid, | ||||||
Tähis | Nimi | Laeng | Mass* | Tähis | Nimi (ing k) | Laeng | Mass* |
νe | elektronneutriino | 0 | 0 | u | up | +2/3 | 8 |
e– | elektron | –1 | 1 | d | down | –1/3 | 15 |
νμ | müü-neutriino | 0 | 0 | c | charm | +2/3 | 3000 |
μ– | müüon | –1 | 207 | s | strange | –1/3 | 300 |
ντ | tau-neutriino | 0 | 0 | t | top | +2/3 | 350 000 |
τ | tau-lepton | –1 | 3500 | b | bottom | –1/3 | 10 000 |
* elektroni massides
Eesti keeles nimetatakse kvarke u-kvark, d-kvark jne.
Vertikaalselt jaotub tabel kolmeks üsna sarnaseks pereks ehk generatsiooniks. Neist esimene on meid ümbritsevas maailmas kohatavad osakesed, ülejäänud on eksikülalised, mis tekivad erijuhul ja lagunevad kiiresti. Neutriinode stabiilsuse küsimus pole veel selge.
Perekondi on kolm, kuigi näib, et piisab ühest.
Aineosakeste mõõtmed ja spinn
Aineosakeste mõõtmed on kaduvväikesed. Võimalik, et nad ongi punktikujulised. Kui suurendada aatomit nii palju, et ta läbimõõt oleks 10 km, siis nagu tänapäevane eksperiment näitab, ei oleks aineosakeste läbimõõt suurem kui 0,1 mm. Kõigil aineosakestel on spinn ehk sisemise impulsimomendi kvantarv võrdne ½-ga. Mäletatavasti on elektroni spinnil suur tähtsus aatomi ehituses, kus temast sõltub elektronide arv kihis, samal moel mõjutab tuuma ehitust prootoni ja neutroni spinni väärtus ½.
Päikeseneutriinode mõistatus
20. sajandi lõpu üheks suuremaks probleemiks oli „päikeseneutriinode mõistatus”. See seisnes selles, et Päikeselt saabudes läheb 2/3 elektronneutriinodest „kaotsi”. Nüüd teame, et põhjuseks on neutriino „ostsillatsioonid”. See tähendab, et eri tüüpi neutriinod muutuvad pikal teel üksteiseks – nähtus, mis viitab nende üliväikestele mittenullilistele massidele.
Kvargid
Leptonid esinevad ka iseseisvalt, s.t vabade osakestena. Seevastu kvargid ei saa vabana eksisteerida. Näiteks prooton koosneb kahest u-kvargist ja ühest d-kvargist, valemiga p = (uud); neutron aga ühest u- ja kahest d-kvargist: n = (udd). Vastavalt kujuneb ka nende elektrilaeng:
prootonil 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = +e,
neutronil 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0.
Ka kõik teistsugused kolmekaupa ühendused on võimalikud, laeng tuleb aga sellisel liitosakesel alati täisarvuline.
Hüperonid
Pärast tuumaosakeste avastamist leitigi hulk raskemaid nn veidraid osakesi – hüperone. Nagu nüüd teame, koosnevad nad kõik erinevail viisidel kvarkidest u, d ja s. Nüüd, kus kiirendid on palju võimsamad, tunneme kõigi perede kvarkide seotud seisundeid.
Kvarkide arv Universumis on jääv. See tähendab, et nad ei teki ega kao. Nad vaid muutuvad üksteiseks nõrga vastastikmõju toimel. Raskemad kvargid muutuvad iseeneslikult kergemateks, see on u- ja d-kvarkideks nii, et eraldub lepton ja vastav antineutriino (antiosakesed lisanduvad meie süsteemi edaspidi, neid tähistab joon sümboli kohal). Näiteks
See kvargi muutumine toimub muidugi elementaarosakese sees ja vastavalt muutub ka liitosake. Neutron muutub prootoniks, kui tema sees toimub reaktsioon
