Leptons vs Hadrons
Ymmärrämme yli kolmensadan vuoden ajan, että aine koostuu atomeista. Atomien uskotaan olevan jakamattomia 1900-luvulle asti. Mutta 1900-luvun fyysikko havaitsi, että atomi voidaan hajottaa pienemmiksi paloiksi, ja kaikki atomit on valmistettu näiden hiukkasten erilaisista koostumuksista. Nämä tunnetaan subatomisina hiukkasina ja nimittäin protonina, neutronina ja elektronina.
Lisätutkimus paljastaa, että näillä hiukkasilla (subatomisilla hiukkasilla) on myös sisäinen rakenne ja ne on tehty pienemmistä asioista. Nämä hiukkaset tunnetaan alkuainehiukkasina, ja leptonien ja kvarkkien tiedetään olevan kaksi alkuainehiukkasten pääluokkaa. Kvarkit sitoutuvat yhteen muodostamaan suuremman hiukkasrakenteen, joka tunnetaan nimellä hadronit.
Leptons
Hartikkeleita, jotka tunnetaan elektroneina, myoneina (µ), tau (Ƭ) ja niitä vastaavat neutriinot, tunnetaan leptonien perheenä. Elektronin, myonin ja taun varaus on -1, ja ne eroavat toisistaan vain massasta. Muoni on kolme kertaa massiivisempi kuin elektroni, ja tau on 3500 kertaa massiivisempi kuin elektroni. Niiden vastaavat neutriinot ovat neutraaleja ja suhteellisen massattomia. Seuraavassa taulukossa on yhteenveto jokaisesta hiukkasesta ja niiden löytämispaikasta.
| 1st Sukupolvi | 2nd Sukupolvi | 3rd Sukupolvi |
| Electron (e) | Muon (µ) | Tau (Ƭ) |
|
a) Atomeina b) Valmistettu beta-radioaktiivisuudesta |
a) Kosmisen säteilyn tuottamia suuria määriä ilmakehän yläkerrassa | Havaittu vain laboratorioissa |
| Elektronineutrino (νe) | Muonneutrino (νµ) | Tau-neutrino (νƬ) |
|
a) Beta-radioaktiivisuus b) Ydinreaktorit c) Tähtien ydinreaktioissa |
a) Valmistettu ydinreaktoreissa b) Yläilmakehän kosminen säteily |
Tuotettu vain laboratorioissa |
Näiden raskaampien hiukkasten stabiilius liittyy suoraan niiden massoihin. Massiivisten hiukkasten puoliintumisaika on lyhyempi kuin vähemmän massiivisilla. Elektroni on kevyin hiukkanen; Siksi universumissa on runsaasti elektroneja, mutta muut hiukkaset ovat harvinaisia. Muonien ja tau-hiukkasten synnyttämiseen tarvitaan korkea energiataso, ja nykyään sitä voidaan nähdä vain tapauksissa, joissa energiatiheys on korkea. Näitä hiukkasia voidaan tuottaa hiukkaskiihdyttimissä. Leptonit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa sähkömagneettisen vuorovaikutuksen ja heikon ydinvuorovaikutuksen avulla.
Jokaisessa leptonhiukkasessa on anti-hiukkasia, jotka tunnetaan antileptoneina. Anti-leptoneilla on samanlainen massa ja vastakkainen varaus. Elektronin antihiukkanen tunnetaan positroneina.
Hardrons
Toinen alkuainehiukkasten pääluokka tunnetaan kvarkeina. Ne ovat ylös, alas, outoja, ylä- ja alakvarkkeja. Näillä kvarkeilla on murtovarauksia. Kvarkeilla on myös anti-partikkeleita, jotka tunnetaan nimellä anti-kvarkeja. Niillä on sama massa, mutta vastakkainen varaus.
| 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 |
N. B. alaosassa näkyvät hiukkasmassat ovat GeV/c2.
Nämä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa vahvan voiman avulla muodostaen suurempia hiukkasia, jotka tunnetaan nimellä hadronit, ja hadroneilla on kokonaislukuvaraus.
Periaatteessa kvarkit yhdistyvät itse kvarkkiin tai anti-kvarkkiin muodostaen pysyviä hadroneja. Hadronien kolme pääluokkaa ovat baryonit, antibaryonit ja mesonit. Baryonit koostuvat kolmesta kvarkista (qqq), jotka on sidottu vahvalla voimalla, ja antibaryonit ovat kolmea antikvarkkia ([lateksi]\bar{q}\bar{q}\bar{q}[/lateksi]). Mesonit ovat kvarkkia ja antikvarkkia ([lateksi]q\bar{q}[/lateksi]), jotka on yhdistetty toisiinsa.
Mitä eroa on hadroneilla ja leptoneilla?
• Kvarkit ja leptonit ovat kaksi alkuainehiukkasten luokkaa, ja ne yhdessä, tunnetaan fermioneina.
• Kvarkit yhdistyvät vahvan ydinvuorovaikutuksen kautta muodostaen hadroneja; Tähän mennessä leptonien sisäisiä rakenteita ei ole löydetty, mutta hadroneilla on sisäinen rakenne. Leptonit ovat olemassa yksittäisinä hiukkasina.
• Hadronit ovat leptoneihin verrattuna massiivisempia hiukkasia.
• Leptonit ovat vuorovaikutuksessa sähkömagneettisen ja heikon voiman kautta, kun taas kvarkit ovat vuorovaikutuksessa vahvojen vuorovaikutusten kautta.
