Alkeishiukkaset
Tino Seilonen ja Vili-Petteri Salomaa
Alkeishiukkaset
• Alkeishiukkasiksi luokitellaan hiukkaset, joita ei voida
nykyisen käsityksen mukaan jakaa pienempiin osiin,
eli niillä ei ole sisäistä rakennetta
• Fermionit
– Kvarkit
– Leptonit
• Bosonit
– Mittabosonit
– Higgsin bosoni
• Tardionit, Luksonit ja Takyonit
Fermionit
•
•
•
•
Spin on puoliluku
Kaikki fermionit eivät ole alkeishiukkasia
Fermionit muodostavat kaiken näkyvän aineen
Vahva vuorovaikutus
– Kvarkit tuntevat
– Leptonit eivät
Kvarkit
• Kvarkkeja on 6 kpl
• Kvarkit muodostavat
hadroneita
– 2 kvarkkia -> mesoni
• Spin kokonaisluku
– 3 kvarkkia -> baryoni
• Spin puoliluku
• Kvarkit jaetaan kolmeen
duplettiin
• Kvarkeilla on antihiukkaset
• Kvarkkien spin on +½,
baryoniluku +⅓ ja niillä on
väri- ja sähkövaraus
Three quarks for Muster Mark!
Sure he has not got much of a bark
And sure any he has it's all beside the mark
1. Dupletti
• Ensimmäiseen duplettiin
kuuluu U- ja D-kvarkit
 Pienimmät kvarkit
• U- ja D-kvarkit ovat vakaita, ja
kaikki arkinen materia koostuu
niistä (ja elektroneista)
• Löydetty 1968
• Isospin
 U-kvarkilla +½
 D-kvarkilla -½
2. Dupletti
• Lumo ja outo ovat
epästabiileja kvarkkeja
• S-kvarkilla on outo
kvanttiluku -1
• C-kvarkilla on lumo
kvanttiluku +1
• S-kvarkki hajoaa u-kvarkiksi,
elektroniksi ja elektronin
neutriinoksi
• C-kvarkki hajoaa s-kvarkiksi
(95%) tai d-kvarkiksi (5%),
positroniksi ja elektronin
neutriinoksi
3. Dupletti
• Huippu ja pohja ovat
• B-kvarkki todisti CPraskaimmat kvarkit
symmetrian
• B-kvarkki on raskain
rikkoutumisen
alkeishiukkanen Higgsin • B-kvarkin hajotessa
bosonin jälkeen
syntyy s-kvarkki,
• Pohja on raskain
elektroni ja elektronin
hadroneita muodostava
antineutriino
kvarkki
• T-kvarkki hajoaa b• B-kvarkin kauneus
kvarkiksi, elektroniksi
kvanttiluku on -1 ja tja elektronin
kvarkin totuus on +1
neutriinoksi
Leptonit
• Leptoneita on kuusi erilaista
– Elektroni, myoni, tau ja niiden neutriinot
• Leptoneilla on antihiukkaset
• Elektroni, myoni ja tau ovat negativisesti
varautuneita hiukkasia
• Neutriinoilla ei ole varausta
• Leptoneiden massat ovat pieniä verrattuna
kvarkkien massoihin
Bosonit
• Spin on kokonaisluku
• Kaikki bosonit eivät ole alkeishiukkasia
• Mittabosonit välittävät perusvuorovaikutuksia
– Gluoni, g, Vahva vuorovaikutus
– Fotoni, γ, Sähkömagneettinen
– W- ja z-bosonit, Heikko vuorovaikutus
• Higgsin bosoni on skalaaribosoni joka antaa
massan muille hiukkasille
Gluoni, g
• Gluoni välittää vahvaa
vuorovaikutusta
• Gluonit mahdollistavat
atomien (protonit,
neutronit, hadronit)
synnyn pitäen kvarkit
toisissaan kiinni
• Ei massaa tai varausta
• Spin 1
• Löydettiin 1979
• Gluoneilla on
superpositioperiaatteen
mukaisesti kahdeksan eri
väriä.
• Kolme kvarkkien
värivarausta (r, b ja g) ja
kolme antikvarkkien
värivarausta
Fotoni, γ
• Sähkömagneettisen voiman välittäjä
• Näkyvä valo koostuu fotoneista
(radioaallot, infrapuna- ja uv-valo,
röntgen- sekä gammasäteily
• Kykenevä: emissio, absorptio, sironta,
heijastuminen, taittuminen
• Ei lepomassaa, varausta
• Spin 1
W- ja Z-bosonit
• W- ja Z-bosonit
välittävät heikkoa
vuorovaikutusta (heikko
ydinvoima)
• Löydetty CERNissä 1983.
Hiukkasfysiikan
merkittävin löytö
• W (weak) saanut
nimensä heikosta
ydinvoimasta, Z (zero)
sai nimensä, koska sen
varaus on nolla
• Varaus: W-: -1 e, W+: +1 e,
Z: 0 e
• Spin 1
• On massa
Higgsin bosoni, H0
• Hiukkasfysiikan uusimpia löytöjä
(CERN, 2012)
• Todistaa Higgsin kentän
olemassaolon
• Higgsin kenttä antaa hiukkasille
massan
• Erikoinen, sillä mahdollista olla
useita samalla kvanttiluvulla
• Ei ole spiniä, varausta eikä
värivarausta
• Epävakaa ja hajoaa ripeästi W- ja Zbosoneiksi sekä 2 fotoniksi