Τετάρτη, 17 Σεπτεμβρίου 2008

12. ΦΕΡΜΙΟΝΙΑ ΜΠΟΖΟΝΙΑ


Το Βασικό Μοντέλο περιγράφει τις δυνάμεις, την ισχυρή πυρηνική, την ασθενή πυρηνική και την ηλεκτρομαγνητική χρησιμοποιώντας σωματίδια φορείς για κάθε δύναμη, τα μποζόνια. Αυτά υπακούν στη στατιστική Bozen-Einstein και έχουν ακέραιο σπιν (το καθένα έχει και το αντισωματίδιό του).
Επίσης προβλέπει την ύπαρξη του μποζονίου Higgs το οποίο πρέπει να δίνει μάζα στα έμμαζα σωματίδια. Εξάλλου στο κβαντικό μοντέλο της βαρύτητας πρέπει να υπάρχει ένα ακόμη μποζόνιο το βαρυτόνιο με σπιν 2 για τη μεταφορά της βαρύτητας.
Τα («αυθεντικά») μποζόνια είναι θεμελιώδη σωματίδια :

φωτόνιο : φορέας ηλεκτρομαγνητισμού
W μποζόνιο : Ζ μποζόνιο φορείς ασθενούς πυρηνικής
γλουόνιο : φορέας ισχυρής πυρηνικής
βαρυτόνιο : φορέας βαρύτητας
Μποζόνιο Higgs : (αναμένεται να ανιχνευθεί στο μεγάλο επιταχυντή αδρονίων LHC στο Cern)

Τα φερμιόνια είναι οι θεμέλιοι λίθοι της ύλης. Ταξινομούνται ανάλογα με το αν αλληλεπιδρούν με την ισχυρή αλληλεπίδραση ή όχι. Υπάρχουν 12 φερμιόνια: 6 κουάρκ (που αλληλεπιδρούν με την ισχυρή αλληλεπίδραση) και 6 λεπτόνια (που δεν αλληλεπιδρούν με την ισχυρή αλληλεπίδραση). Όλα τα φερμιόνια έχουν ημιακέραιο σπιν (1/2) και υπακούν στη στατιστική Fermy-Dirak (το καθένα έχει και το αντισωματίδιό του). Τα φερμιόνια μπορεί να είναι απλά σωματίδια όπως το ηλεκτρόνιο, ή σύνθετα όπως το πρωτόνιο.
Τα λεπτόνια έχουν ακέραιο ηλεκτρικό φορτίο. Τα αντι-λεπτόνια είναι πανομοιότυπα εκτός από το φορτίο που είναι αντίθετο. Ειδικά το αντι-ηλεκτρόνιο ονομάζεται ποζιτρόνιο. Υπάρχουν 6 λεπτόνια: 3 φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, τα άλλα 3 όχι και ονομάζονται νετρίνα.

ηλεκτρόνιο - - νετρίνο ηλεκτρονίου
μειόνιο - - - - Μ-νετρίνο
ταυ - - - - - Τ-νετρίνο

Τα κουάρκ αλληλεπιδρούν μέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης, έχουν κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο (τα αντικουάρκ είναι πανομοιότυπα με τα κουάρκ μόνο που έχουν αντίθετο φορτίο). Υπάρχουν 3 θετικά κουάρκ τύπου «άνω» και 3 αρνητικά τύπου «κάτω».

Τα κουάρκ δεν απαντώνται ελεύθερα, αλλά συνδέονται για να φτιάξουν ΑΔΡΟΝΙΑ.
Τα Αδρόνια λοιπόν είναι σύνθετα (υποατομικά) σωματίδια, αποτελούνται από κουάρκ και υπακούν στην ισχυρή πυρηνική δύναμη (ουσιαστικά τα συγκρατούν συνδεδεμένα τα γλουόνια). Τα αδρόνια είναι είτε σύνθετα φερμιόνια (φτιαγμένα από 3 κουάρκ) και τότε ονομάζονται ΒΑΡΥΟΝΙΑ (τα γνωστότερα είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια) είτε σύνθετα μποζόνια (φτιαγμένα από ένα κουάρκ και το αντικουάρκ του) οπότε ονομάζονται ΜΕΣΟΝΙΑ. (Σημειώστε ότι αυτά δεν αποτελούνται από μποζόνια! Τα «αυθεντικά» μποζόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια – φορείς δυνάμεων)
Στα μεσόνια ανήκουν τα ΠΙΟΝΙΑ και τα ΚΑΟΝΙΑ
Τα πιόνια (ουσιαστικά τα π-μεσόνια) είναι: π0, π+ and π−. Τα καόνια (κ-μεσόνια) είναι: Κ+, Κ-, Κ0. Παίζουν σημαντικό ρόλο στην ισχυρή πυρηνική δύναμη. Εχουν χρόνο ζωής της τάξης 10^-8 δευτερόλεπτα. Διασπόνται λόγω της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Είναι μεσάζοντες στην αλληλεπίδραση μεταξύ δυο νουκλεονίων: λειτουργούν ελκτικά και φέρνουν κοντά τα νουκλεόνια. Τα πιόνια έχουν χρησιμοποιηθεί στην ακτινοθεραπεία.

Τα μεσόνια είναι ασταθή. Για παράδειγμα το η μεσόνιο (που αποτελείται από ένα άνω κουάρκ και το αντικουάρκ του) διασπάται σε 3 πιόνια με εκπομπή 3 γλουονίων.

Το ηλεκτρικό φορτίο των αδρονίων προκύπτει από το άθροισμα των φορτίων των κουάρκ (πχ. το πρωτόνιο αποτελείται από 2 «άνω» κουάρκ με φορτίο +2/3 και ένα «κάτω» κουάρκ με φορτίο -1/3, άρα το πρωτόνιο έχει φορτίο +1).
Πάντως επειδή τα κουάρκ έχουν μια ιδιότητα που τη λέμε «χρώμα» κατά τη σύνθεσή τους επιβάλεται το προιόν (αδρώνιο) να είναι «άχρωμο». Αυτό επιτυγχάνεται είτε με 3 κουάρκ διαφορετικών χρωμάτων (οπότε προκύπτει βαρυώνιο) είτε με χρήση ενός κουάρκ και του αντικουάρκ (οπότε προκύπτει μεσόνιο). Τα κουάρκ έχουν βαρυωνικό αριθμό +1/3 ενώ τα αντικουάρκ -1/3. έτσι τα βαρυώνια έχουν βαρυωνικό αριθμό +1 (προφανώς το αντιβαρυώνιο έχει -1) ενώ τα μεσόνια 0.
Τα βαρυώνια υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli (δεν μπορούν δυο βαρυώνια με ολόιδιες ιδιότητες να βρίσκονται στην ίδια θέση), σε αντίθεση με τα μποζόνια που δεν υπακούν.
Παρά ταύτα ασθενώς αλληλεπιδρώντα φερμιόνια μπορούν να επιδείξουν μποζονιακή συμπεριφορά, όπως στην υπεραγωγιμότητα.
Σημειώστε ότι η μάζα του πρωτονίου υπερβαίνει κατά πολύ το άθροισμα μαζών των κουάρκ που το αποτελούν. Η υπερβολή αυτή οφείλεται στην ισχυρή πυρηνική δύναμη που συγκρατεί τα κουάρκ.

Μαγνητικό μονόπολο: υποθετικό σωματίδιο με μαγνητικό φορτίο διάφορο του 0.
Ταχυόνιο: υποθετικό σωματίδιο που τρέχει ταχύτερα από το φως και η μάζα ηρεμίας του είναι φανταστικός αριθμός.

Δεν υπάρχουν σχόλια: