Dasar-dasar Fisika Partikel Dasar

Konsep fundamental, partikel tak terpisahkan kembali ke Yunani kuno (konsep yang dikenal sebagai "atomisme"). Pada abad ke-20, fisikawan mulai menjelajahi peristiwa pada tingkat terkecil dari materi, dan di antara penemuan modern mereka yang paling mengejutkan adalah jumlah partikel yang berbeda di alam semesta. Fisika kuantum memprediksi 18 jenis partikel elementer, dan 16 telah terdeteksi secara eksperimental. Fisika partikel elementer bertujuan untuk menemukan partikel yang tersisa.

Model Standar fisika partikel, yang mengklasifikasikan partikel-partikel unsur menjadi beberapa kelompok, merupakan inti dari fisika modern. Dalam model ini, tiga dari empat kekuatan fundamental fisika dijelaskan, bersama dengan boson pengukur, partikel yang memediasi kekuatan-kekuatan itu. Meskipun gravitasi tidak secara teknis dimasukkan dalam Model Standar, fisikawan teoretis bekerja untuk memperluas model untuk memasukkan dan memprediksi a teori gravitasi kuantum.

Jika ada satu hal yang dinikmati oleh fisikawan partikel, itu membagi partikel menjadi kelompok-kelompok. Partikel elementer adalah konstituen terkecil dari materi dan energi. Sejauh yang dapat diketahui para ilmuwan, mereka tampaknya tidak terbuat dari kombinasi partikel yang lebih kecil.

Semua partikel elementer dalam fisika diklasifikasikan sebagai salah satu fermion atau boson. Fisika kuantum menunjukkan bahwa partikel mungkin memiliki "putaran" non-nol intrinsik atau momentum sudut, terkait dengan mereka.

Sebuah fermion (dinamai setelah Enrico Fermi) adalah partikel dengan putaran setengah bilangan bulat, sedangkan boson (dinamai Satyendra Nath Bose) adalah partikel dengan bilangan bulat penuh atau putaran bilangan bulat. Putaran ini menghasilkan aplikasi matematika yang berbeda dalam situasi tertentu. Matematika sederhana untuk menambahkan bilangan bulat dan setengah bilangan bulat menunjukkan hal berikut:

• Menggabungkan jumlah fermion ganjil menghasilkan fermion karena total putaran masih berupa nilai setengah bilangan bulat.
• Menggabungkan sejumlah fermion menghasilkan boson karena total putaran menghasilkan nilai integer.

Fermion memiliki putaran partikel yang sama dengan nilai setengah bilangan bulat (-1/2, 1/2, 3/2, dll.). Partikel-partikel ini membentuk materi yang kita amati di alam semesta kita. Dua unsur pokok materi adalah quark dan lepton. Kedua partikel subatomik ini adalah fermion, jadi semua boson diciptakan dari kombinasi partikel-partikel ini.

Quark adalah kelas fermion yang membentuk hadron, seperti proton dan neutron. Quark adalah partikel fundamental yang berinteraksi melalui keempat kekuatan fundamental fisika: gravitasi, elektromagnetisme, interaksi lemah, dan interaksi kuat. Quark selalu ada dalam kombinasi untuk membentuk partikel subatom yang dikenal sebagai hadron. Ada enam jenis quark:

• Bawah Quark
• Quark Aneh
• Down Quark
• Quark Atas
• Charm Quark
• Naik Quark

Lepton adalah sejenis partikel fundamental yang tidak mengalami interaksi kuat. Ada enam varietas lepton:

• Elektron
• Elektron Neutrino
• Muon
• Muon Neutrino
• Tau
• Tau Neutrino

Masing-masing dari tiga "rasa" lepton (elektron, muon, dan tau) terdiri dari "doublet lemah," partikel tersebut bersama dengan partikel netral yang hampir tidak memiliki massa yang disebut neutrino. Dengan demikian, elektron lepton adalah doublet elektron dan neutrino yang lemah.

Boson memiliki putaran partikel yang sama dengan bilangan bulat (bilangan bulat seperti 1, 2, 3, dan seterusnya). Partikel-partikel ini memediasi kekuatan fundamental fisika di bawah teori medan kuantum.

• Foton
• W Boson
• Z Boson
• Gluon
• Higgs Boson
• Graviton

Hadron adalah partikel yang terdiri dari banyak quark yang terikat bersama sehingga putarannya adalah nilai setengah bilangan bulat. Hadron dibagi menjadi meson (Yang adalah boson) dan baryon (yang adalah fermion).

• Meson
• Baryons
• Nukleon
• Hyperon: partikel berumur pendek yang terdiri dari quark aneh

Molekul adalah struktur kompleks yang terdiri dari beberapa atom yang terikat bersama. Blok bangunan bahan kimia dasar, atom terdiri dari elektron, proton, dan neutron. Proton dan neutron adalah nukleon, jenis baryon yang bersama-sama membentuk partikel komposit yang merupakan inti atom. Studi tentang bagaimana atom terikat bersama untuk membentuk berbagai struktur molekul adalah dasar dari modern kimia.

Mungkin sulit untuk menjaga semua nama tetap lurus dalam fisika partikel, sehingga mungkin membantu untuk memikirkan dunia hewan, di mana penamaan terstruktur semacam itu mungkin lebih akrab dan intuitif. Manusia adalah primata, mamalia, dan juga vertebrata. Demikian pula, proton adalah nukleon, baryon, hadron, dan juga fermion.

Perbedaan yang disayangkan adalah bahwa istilah tersebut cenderung terdengar mirip satu sama lain. Boson dan baron yang membingungkan, misalnya, jauh lebih mudah daripada membingungkan primata dan invertebrata. Satu-satunya cara untuk benar-benar memisahkan kelompok-kelompok partikel yang berbeda ini adalah dengan hanya mempelajari mereka dengan hati-hati dan mencoba untuk berhati-hati tentang nama yang digunakan.

Diedit oleh Anne Marie Helmenstine, Ph. D.