Avainero leptonien ja kvarkkien välillä on se, että leptonit voivat esiintyä luonnossa yksittäisinä hiukkasina, kun taas kvarkit eivät.
1900-luvulle asti ihmiset uskoivat, että atomit ovat jakamattomia, mutta 1900-luvun fyysikot havaitsivat, että atomi voidaan hajottaa pienemmiksi paloiksi ja kaikki atomit on tehty erilaisista koostumuksista. Siksi kutsumme niitä subatomisiksi hiukkasiksi: nimittäin protoniksi, neutroniksi ja elektroniksi. Lisäksi tutkimukset paljastavat, että subatomisilla hiukkasilla on myös sisäinen rakenne ja ne koostuvat pienemmistä asioista. Näin ollen nämä hiukkaset tunnetaan alkuainehiukkasina, ja leptonit ja kvarkit ovat niiden kaksi pääluokkaa.
Mitä leptonit ovat?
Hartikkeleita, joita kutsumme elektroneiksi, myoneiksi (µ), tauiksi (Ƭ) ja niitä vastaaviksi neutriinoiksi kutsutaan leptonien perheeksi. Lisäksi elektronin, myonin ja taun varaus on -1, ja ne eroavat toisistaan vain massasta. Tuo on; myon on kolme kertaa massiivinen kuin elektroni ja tau on 3500 kertaa suurempi kuin elektroni. Lisäksi niitä vastaavat neutriinot ovat neutraaleja ja suhteellisen massattomia. Seuraavassa taulukossa on yhteenveto jokaisesta hiukkasesta ja niiden löytämisestä.
| 1st Sukupolvi | 2nd Sukupolvi | 3rd Sukupolvi |
| Electron (e) | Muon (µ) | Tau (Ƭ) |
|
– Atomeissa – Valmistettu beta-radioaktiivisuudesta |
– Kosmisen säteilyn tuottamia suuria määriä yläilmakehässä | – Havaittu vain laboratorioissa |
| Elektronineutrino (νe) | Muonneutrino (νµ) | Tau-neutrino (νƬ) |
|
– Beta-radioaktiivisuus – Ydinreaktorit – Tähtien ydinreaktioissa |
– Valmistettu ydinreaktoreissa – Yläilmakehän kosminen säteily |
– Luotu vain laboratorioissa |
Lisäksi näiden raskaampien hiukkasten stabiilisuus liittyy suoraan niiden massaan. Siksi massiivisilla hiukkasilla on lyhyempi puoliintumisaika kuin vähemmän massiivisilla. Elektroni on kevyin hiukkanen; siksi universumissa on runsaasti elektroneja, ja muut hiukkaset ovat harvinaisia. Muonien ja tau-hiukkasten tuottamiseksi tarvitsemme korkean tason energiaa. Nykyään voimme nähdä ne vain tapauksissa, joissa on korkea energiatiheys. Lisäksi voimme tuottaa näitä hiukkasia hiukkaskiihdyttimissä. Lisäksi leptonit ovat vuorovaikutuksessa keskenään sähkömagneettisen vuorovaikutuksen ja heikon ydinvuorovaikutuksen kautta. Jokaiselle leptonhiukkaselle on anti-hiukkasia, joita kutsumme antileptoneiksi. Ja näillä antileptoneilla on samanlainen massa ja vastakkainen varaus. Esimerkiksi elektronien antihiukkaset ovat positroneja.
Mitä kvarkit ovat?
Kvarkki on toinen tärkeä alkuainehiukkasten luokka. Voimme tiivistää kvarkkiperheen hiukkasten ominaisuudet seuraavasti. (Jokaisen hiukkasen massa on itse nimen alapuolella. Näiden lukujen tarkkuus on kuitenkin erittäin kiistanalainen).
| Lataa | 1st Sukupolvi | 2nd Sukupolvi | 3rd Sukupolvi |
| +2/3 |
Ylös 0.33 |
Charm 1.58 |
Suosituin 180 |
| -1/2 |
Alas 0.33 |
Oudosta 0.47 |
Pohja 4.58 |
Kvarkit vuorovaikuttavat voimakkaasti toistensa kanssa voimakkaan ydinvuorovaikutuksen kautta muodostaen kvarkkiyhdistelmiä. Nämä yhdistelmät tunnetaan nimellä hadronit. Itse asiassa eristettyjä kvarkeja ei ole universumissamme tällä hetkellä. Lisäksi on järkevää sanoa, että kaikki tämän universumin kvarkit ovat jossain muodossa hadroneja. (Yleisimmät ja tunnetuimmat hadronityypit ovat protonit ja neutronit).
Kuva 01: Alkuainehiukkasten vakiomalli
Lisäksi kvarkeilla on sisäinen ominaisuus, joka tunnetaan nimellä baryoniluku. Kaikilla kvarkeilla baryoniluku on 1/3 ja antikvarkeilla -1/3. Lisäksi reaktiossa, jossa on mukana alkuainehiukkasia, tämä baryonilukuna tunnettu ominaisuus säilyy.
Lisäksi kvarkeilla on toinen ominaisuus nimeltä maku. Numero on määritetty ilmaisemaan partikkelin makua, joka tunnetaan makunumerona. Makuja kutsutaan nimellä Upness (U), Downness (D), Strangeness (S) ja niin edelleen. Up-kvarkin nousu on +1, kun taas 0 outoa ja alaspäin.
Mitä eroa leptoneilla ja kvarkeilla on?
Elektronit, myonit (µ), tau (Ƭ) ja niitä vastaavat neutriinot tunnetaan leptonien perheenä, kun taas kvarkit ovat eräänlainen alkeishiukkanen ja aineen perusainesosa. Kun verrataan molempia, tärkein ero leptonien ja kvarkkien välillä on se, että leptonit voivat esiintyä luonnossa yksittäisinä hiukkasina, kun taas kvarkit eivät voi.
Lisäksi leptoneilla on kokonaislukuvarauksia, kun taas kvarkeilla on murtovarauksia. Leptonien ja kvarkkien välillä on myös lisäero, kun otetaan huomioon voimia, joille nämä hiukkaset voivat altistua. Tuo on; leptoneihin kohdistuu heikko voima, gravitaatiovoima ja sähkömagneettinen voima, kun taas kvarkit altistuvat vahvalle voimalle, heikkolle voimalle, gravitaatiovoimalle ja sähkömagneettiselle voimalle.
Yhteenveto – Leptonit vs Quarks
Lyhyesti sanottuna kvarkit ja leptonit ovat kaksi alkuainehiukkasten luokkaa. Yhdessä ne tunnetaan fermioneina. Keskeinen ero leptonien ja kvarkkien välillä on ennen kaikkea se, että leptonit voivat esiintyä luonnossa yksittäisinä hiukkasina, kun taas kvarkit eivät voi.
