מהי הפיזיקה של החלקיקים?

זוהי תורה העוסקת בחלקיקים התת-אטומיים והכוחות בינהם.

עד לגילוי האלקטרון (על ידי ג' ג' תומסון, בשנת 1897), נחשב האטום למעין כדור זעיר שאינו ניתן לחלוקה (ומכאן שמו - אטום ביוונית זה בלתי ניתן לחלוקה). קיום האלקטרון וגילוי הפרוטון (ע"י רַתֶרפוֹרד, בשנת 1911) הוכיחו שהאטום הוא בעל מבנה פנימי.

כשנתגלה גם הניטרון בשנת 1932, נראה היה שהיקום כולו מורכב משלושה חלקיקים אלו בלבד. הבעיה שלא נפתרה הייתה בעיית אופי הכוח שמחזיק את הניטרונים ואת הפרוטונים יחד בגרעין האטום. שני כוחות היסוד שנודעו באותה עת היו כח הכבידה והכח האלקטרומגנטי; אך כח הכבידה היה חלש מדי לקיים את יציבות הגרעין ולכח האלקטרומגנטי לא הייתה כל השפעה על הניטרון, הנטול כל מטען חשמלי.

בשנת 1935 העלה הידקי יוקווה (Hideki Yukawa), פיזיקאי יפני שחי בין השנים 1907-1981, את הסברה שקיים בטבע חלקיק קצר חיים (מאוחר יותר כונה חלקיק זה בשם 'מֶזון') המדלג בין הפרוטונים לניטרונים ומחברם, כשם שכדור טניס 'מחבר' את השחקנים החובטים בו. המושג כוחות מדלגים וגילוי החלקיקים קצרי החיים שבא בעקבותיו עוררו מחקר נרחב ומעמיק בפיזיקה של החלקיקים.

עד שנות ה-60 זוהו כ-200 חלקיקים בסיסיים, והתברר כי קיימים ארבעה כוחות יסודיים: כח הכבידה, הכח האלקטרומגנטי, פעולות גומלין של הכח החזק (שעוצמתן רבה פי 100 מעוצמת הכח האלקטרומגנטי) ופעולות גומלין של הכח החלש (שעוצמתן חלשה פי 1010 מן הכח האלקטרומגנטי). כמו כן התברר כי חלקיקים אחדים היו בסיסיים יותר מאחרים.

כיום החוקרים משערים כי קיימות שתי קבוצות חלקיקים: האחת נקראת לֶפּטוֹנים, הכוללת את האלקטרון, המוּאוֹן, חלקיק הטַאוּ והנֵיטרינוֹ, המקיימים פעולות גומלין אלקטרומגנטיות או חלשות והם נטולים מבנה פנימי; הקבוצה השניה היא הַדרוֹנים, הכוללת את הפרוטון, הניטרון, הפיאוֹן ועוד, המקיימים פעולות גומלין חזקות ונראה שהם בעלי מבנה פנימי.

דגם ההדרונים המקובל כיום מבוסס על המושג 'קוורק'. בדגם זה מחולקים ההדרונים עצמם לשני סוגים: בַריוֹנים, המתפרקים לפרוטונים; ומֶזונים, המתפרקים ללפטונים ולפוטונים או לזוגות פרוטונים. הבריונים מורכבים משלושה קוורקים והמזונים מסוג של קוורק ואנטי קוורק. על פי ההשערה הרווחת כיום, כל החומר שביקום מורכב היום מלפטונים ומקוורקים.

אף על פי שהקוורק משמש כמבנה תיאורטי ומעולם לא זוהה בפועל, יש ראיות רבות לקיומו. תורת הקוורקים כיום היא מפותחת למדי: המטענים החשמליים שהם נושאים הם כפולות של 1/3 ממטען האלקטרון, כלומר 2/3+ או 1/3- ממטען האלקטרון; הם מופיעים בשישה 'טעמים' והם: 'מעלה' (u-up; +2/3), 'מטה' (d-down;-1/3), 'קסום' (c-charmed;+2/3), 'מוזר' (s-strange;-1/3), 'עליון' (t-top;+2/3) ו'תחתון' (b-bottom; -1/3). לכל טעם יש אנטי טעם המקביל לו. הפרוטון, למשל, מורכב מ- uud (2/3+2/3-1/3=1), והניטרון מורכב מ- udd (2/3-1/3-1/3=0).

על פי תאוריה זו פעולת הגומלין של הכח החזק נובעת מחילופי בוזונים (BOSON) (כינוי לקבוצת חלקיקים הכוללת את הפוטון ואת כל המזונים) מסויימים הקרויים גלואונים, כשם שפעולת הגומלין של הכח האלקטרומגנטי נובעת מחלופי פוטונים. הגלואונים הם חלקיקים נטולי מסה ונטולי מטען חשמלי.

מה קשור?

מהי תורת היחסות?
מהם עקרונות תורת היחסות הפרטית?
מהי תורת הקוונטים?
מהי תרמודינמיקה?
חוקי פיזיקה
מהי הטבלה המחזורית?

לא נמצאו הערות.