Elementære partikler er de mindste kendte byggesten i universet. Det menes, at de ikke har nogen intern struktur, hvilket betyder, at forskere tænker på dem som nul-dimensionelle punkter, der ikke optager plads. Elektroner er sandsynligvis de mest kendte elementære partikler, men fysikens standardmodel, der beskriver interaktioner mellem partikler og næsten alle kræfter, genkender 10 samlede elementære partikler.
Elektroner og beslægtede partikler
Elektroner er de negativt ladede komponenter i atomer. Mens de menes at være noldimensionelle punktpartikler, er elektroner omgivet af en sky af andre virtuelle partikler, der konstant blinker ind og ud af eksistensen, der i det væsentlige fungerer som en del af selve elektronet. Nogle teorier har forudsagt, at elektronet har en lidt positiv pol og en lidt negativ pol, hvilket betyder, at denne sky af virtuelle partikler derfor burde være en smule asymmetrisk.
Hvis dette var tilfældet, kan elektroner muligvis opføre sig anderledes end deres antimaterie-fordobler, positroner, der potentielt forklarer mange mysterier om stof og antimaterie. Men fysikere har gentagne gange målt formen på et elektron og fundet, at det er perfekt rundt efter deres bedste viden, uden at have efterladt dem uden svar for antimateriets conundrums.
Elektronen har to tungere fætre, kaldet muon og tau. Muoner kan oprettes, når kosmiske stråler med høj energi fra det ydre rum rammer toppen af Jordens atmosfære og frembringer et brusebad af eksotiske partikler. Taus er endnu sjældnere og sværere at fremstille, da de er mere end 3.400 gange tungere end elektroner. Neutrinoer, elektroner, muoner og taus udgør en kategori af grundlæggende partikler kaldet leptoner.
Quarks og deres underlige
Kvarker, der udgør protoner og neutroner, er en anden type grundlæggende partikler. Sammen med leptonerne udgør kvarker de ting, vi tænker på som stof.
Engang engang troede videnskabsmænd, at atomer var de mindste mulige objekter; ordet kommer fra det græske "atomos", der betyder "udelelige." Omkring århundredeskiftet viste det sig, at atomkerner bestod af protoner og neutroner. Derefter afslørede partikelacceleratorer igennem 1950'erne og 60'erne hele tiden et væld af eksotiske subatomære partikler, såsom pioner og kaoner.
I 1964 foreslog fysikere Murray Gell-Mann og George Zweig uafhængigt af en model, der kunne forklare den indre virkning af protoner, neutroner og resten af partikelzoo, ifølge en historisk rapport fra SLAC National Accelerator Laboratory i Californien. Boende inde i protoner og neutroner er små partikler kaldet kvarker, der findes i seks mulige typer eller smagsoplevelser: op, ned, underlig, charme, bund og top.
Protoner er lavet af to op kvarker og en ned kvark, mens neutroner er sammensat af to dun og en op. De op- og nedadgående kvarker er de letteste sorter. Fordi mere-massive partikler har tendens til at nedbrydes til mindre massive, er op- og ned-kvarkerne også de mest almindelige i universet; derfor udgør protoner og neutroner det meste af den sag, vi kender.
I 1977 havde fysikere isoleret fem af de seks kvarker i laboratoriet - op, ned, mærkelig, charme og bund - men det var først i 1995, at forskere ved Fermilab National Accelerator Laboratory i Illinois fandt det sidste kvark, det øverste kvark. Søgning efter det havde været lige så intens som den senere jagt på Higgs-boson. Den øverste kvark var så svært at fremstille, fordi den er omkring 100 billioner gange tungere end op kvarkerne, hvilket betyder, at det krævede meget mere energi at fremstille i partikelacceleratorer.
Naturens grundlæggende partikler
Så er der de fire grundlæggende naturkræfter: elektromagnetisme, tyngdekraft og de stærke og svage kernekræfter. Hver af disse har en tilknyttet grundlæggende partikel.
Fotoner er de mest kendte; de bærer den elektromagnetiske kraft. Gluoner bærer den stærke atomkraft og bor med kvarker inde i protoner og neutroner. Den svage kraft, som medierer visse nukleare reaktioner, bæres af to grundlæggende partikler, W- og Z-bosonerne. Neutrinos, som kun føler den svage kraft og tyngdekraft, interagerer med disse bosoner, og fysikere var således i stand til først at give bevis for deres eksistens ved hjælp af neutrinoer, ifølge CERN.
Tyngdekraften er en outsider her. Det er ikke indarbejdet i standardmodellen, skønt fysikere har mistanke om, at den kunne have en tilknyttet grundlæggende partikel, som ville blive kaldt graviton. Hvis der findes gravitoner, kan det være muligt at skabe dem i Large Hadron Collider (LHC) i Genève, Schweiz, men de ville hurtigt forsvinde i ekstra dimensioner og efterlade en tom zone, hvor de ville have været, ifølge CERN. Indtil videre har LHC ikke set nogen tegn på gravitationer eller ekstra dimensioner.
Den undvigende Higgs boson
Endelig er der Higgs boson, kongen af de elementære partikler, der er ansvarlig for at give alle andre partikler deres masse. Jagt efter Higgs var en stor bestræbelse for forskere, der stræbte efter at udfylde deres katalog over standardmodellen. Da Higgs endelig blev opdaget, i 2012, frygtede fysikere, men resultaterne har også efterladt dem på et vanskeligt sted.
Higgs ser stort set nøjagtigt ud, som den blev forudsagt at se ud, men forskere håbede på mere. Standardmodellen vides at være ufuldstændig; for eksempel mangler det en beskrivelse af tyngdekraften, og forskere troede, at det at finde Higgs ville hjælpe med at pege på andre teorier, der kunne erstatte standardmodellen. Men indtil videre er de kommet tomme i denne søgning.
Ekstra ressourcer:
