Otaczająca nas „stabilna” materia składa się z:

1. Protonów

2. Neutronów

3. Elektronów

Czy istnieją jeszcze jakieś inne cząstki „elementarne” ?

V.E. Barnes et. al., Phys. Rev. Lett. 8, 204 (1964)

Ξ

0

π

–

γ

Λ

0

γ

K

0

Ω

–

K

+

π

–

p

K

–

Produkcja i rozpad 

Ω

Ω

Ω

Ω

─

 

→

 

Ξ

ΞΞ

Ξ

ο 

ο 

ο 

ο 

ππππ

─

Materia i antymateria

Dla każdej cząstki materii istnieje jeszcze odpowiednia cząstka antymaterii
lub mówiąc inaczej - antycząstka. 

. 

Kiedy cząstka materii spotyka się z cząstką antymaterii, wtedy ulegają one 
anihilacji

Podział cząstek elementarnych.

Leptony nie posiadają struktury wewnętrznej, są niepodzielne;

Leptony – oddziaływanie słabe

e

e

e v

v

e v

v

µ

µ

µ

τ

−

−

→ + +

→ + +

Struktura nukleonu

Czy neutron jest podzielny

Swobodny neutron rozpada się średnio po 900 s

e

n

p

e

υ

−

→ + +

Zaobserwowano również rozpady

e

p

n e

υ

+

→ + +

antyeutrino elektronowe

Protony i neutrony s

ą

 zbudowane z jeszcze mniejszych cz

ą

stek, zwanych

Kwarkami

p

λ

=

Czy neutron (proton) jest podzielny

Hipoteza de Broglie’a – fale materii

Długość fali materii dla elektronu o energii kinetycznej 120 eV wynosi 1.12 10

-10

m

Długość fali materii dla elektronu o energii kinetycznej 2 GeV wynosi 5 10

-15

m

Strumie

ń

 elektronów o energii E

k

≅

2 GeV

Hadrony

Bariony

Mezony

bariony

mezony

V.E. Barnes et. al., Phys. Rev. Lett. 8, 204 (1964)

Ξ

0

π

–

γ

Λ

0

γ

K

0

Ω

–

K

+

π

–

p

K

–

Produkcja i rozpad 

Ω

Ω

Ω

Ω

─

 

→

 

Ξ

ΞΞ

Ξ

ο 

ο 

ο 

ο 

ππππ

─

0

(

)

uds

Λ

Kwarki maj

ą

 niezwykł

ą

 własno

ść

 - ich ładunek elektryczny jest 

ułamkowy,

w przeciwie

ń

stwie do protonu i elektronu, maj

ą

cych odpowiednie ładunki +1 i -1. 

Najtrudniej uchwytny kwark, 

prawdziwy

, został odkryty w roku 1995.

Mamy 

sze

ść

 kwarków

, pogrupowanych w trzy 

pary :

Górny - dolny 

(up/down),

Powabny - dziwny 

(charm/strange)

prawdziwy  - pi

ę

kny 

(truth/beauty).

-

jednak obecnie w j

ę

zyku angielskim u

ż

ywa si

ę

 

innych nazw: top/bottom. 

Kwarki

s

ą

 jednym z rodzajów cz

ą

stek materii. Wi

ę

kszo

ść

 materii, która nas otacza, 

jest zbudowana z protonów i neutronów, które z kolei składaj

ą

 si

ę

 wła

ś

nie z kwarków. 

3

1

lub

3

2

−

+

e

3. hadrony - podlegające oddziaływaniom grawitacyjnym, 
elektromagnetycznym  (jeżeli posiadają ładunek), słabym oraz  silnym.

Grupę hadronów dzielimy na :

a) mezony zbudowane z kwarka i antykwarka. Spin mezonów jest równy 

zeru lub liczbie całkowitej, są one bozonami, 

b) bariony zbudowane z trzech kwarków. Spin barionów jest  połówkowy 

(1/2, 3/2...), są one fermionami.

Podział cząstek elementarnych.

Podział cząstek elementarnych.

Kwarki oprócz ładunku elektrycznego posiadaj

ą

 jeszcze inny rodzaj ładunku, 

zwany 

ładunkiem kolorowym

. Siły pomi

ę

dzy cz

ą

stkami naładowanymi 

kolorowo s

ą

 bardzo silne, st

ą

d te

ż

 wywodzi si

ę

 nazwa przyj

ę

ta dla tego 

oddziaływania: 

Oddziaływanie silne

Oddziaływanie silnie zespala kwarki, które 
tworz

ą

 hadrony. Cz

ą

stki no

ś

nika siły 

nazwano   

gluonem

poniewa

ż

 pełni on 

rol

ę

 bardzo mocnego kleju zespalaj

ą

cego 

kwarki("glue" w j

ę

zyku angielskim 

oznacza klej).

Ładunek kolorowy

zachowuje si

ę

 inaczej ni

ż

 ładunek 

elektromagnetyczny. Gluony posiadaj

ą

 ładunek kolorowy, co 

jest do

ść

 dziwne, gdy

ż

 fotony (no

ś

niki siły ektromagnetycznej) 

nie maj

ą

 ładunku elektromagnetycznego. Podczas gdy kwarki 

maj

ą

 ładunek kolorowy, to 

całkowity ładunek kolorowy

cz

ą

stek zło

ż

onych z kwarków wynosi 

zero

(s

ą

 one 

kolorowo 

oboj

ę

tne

). Z tego powodu oddziaływanie silnie wyst

ę

puje tylko 

na bardzo małych odległo

ś

ciach pomi

ę

dzy kwarkami i dlatego 

w 

ż

yciu codziennym siły tej w ogóle nie widzimy. 

Jak działa ładunek kolorowy?

Kolor kwarków i gluonów

•

Każdy z kwarków 
przenosi jeden z 
trzech kolorów i jeden 
z trzech anty-kolorów

•

Bariony i Mezony są 
„kolorowo” neutralne 
tzn. ich wypadkowy 
kolor jest „biały”. 

Kwark emituje gluon

•

Ładunek kolorowy jest 
zachowany

•

Gdy czerwony kwark 
emituje 
czerwony/anty-
niebieski gluon staje 
się kwarkiem 
niebieskim

Oddziaływanie silne pomi

ę

dzy 

kwarkami

w jednym 

protonie i 

kwarkami

w innym protonie j

ą

dra jest 

wystarczaj

ą

co du

ż

e, by przezwyci

ęż

y

ć

 odpychaj

ą

c

ą

 

sił

ę

 elektromagnetyczn

ą

 pomi

ę

dzy tymi protonami.

Efekt ten nazwano 

resztkowym oddziaływaniem 

silnym

, i jest to wła

ś

nie to, co "skleja" (glue - ang. 

skleja

ć

) j

ą

dro atomowe. 

Oddziaływania słabe

s

ą

 odpowiedzialne za rozpad 

ci

ęż

kich kwarków i leptonów na l

ż

ejsze kwarki i leptony. 

Cz

ą

stki przenosz

ą

ce oddziaływanie słabe to:

bozony

W

+

, W

-

i Z

. 

Cz

ą

stki W s

ą

 naładowane elektrycznie, podczas gdy cz

ą

stka 

Z jest elektrycznie oboj

ę

tna. 

U

d

+

+

e

e

u

d

υ

+

+

⇒

−

+

−

1

3

2

3

1