Deeltjiefisika
Deeltjiefisika is ’n onderafdeling van fisika wat die aard van subatomiese deeltjies bestudeer. Die veld ondersoek elementêre deeltjies en die kragte waaruit alle materie en straling bestaan, asook die kombinasie van elementêre deeltjies tot op die skaal van protone en neutrone. Die studie van die kombinasie van protone en neutrone word kernfisika genoem.
Die elementêre deeltjies in die heelal word in die Standaardmodel geklassifiseer as fermione (materiedeeltjies) en ykbosone (kragdraende deeltjies). Daar is drie generasies fermione, hoewel gewone materie net uit die eerste generasie bestaan. Dit is die opkwark en afkwark, wat protone en neutrone vorm, asook elektrone en elektronneutrino's. Die drie basiese natuurkragte wat deur bosone bemiddel word, is elektromagnetisme en die swak en sterk wisselwerking.
Kwarke kan nie op hulle eie bestaan nie, maar vorm hadrone. Hadrone wat 'n onewe getal kwarke bevat, word barione genoem en dié met 'n ewe getal mesone. Twee barione, die proton en neutron, beslaan die grootste massa van gewone materie. Mesone is onstabiel en bestaan vir tot net 'n paar honderdstes van 'n mikrosekonde. Hulle kom voor ná botsings tussen deeltjies wat uit kwarke bestaan, soos vinnig bewegende protone en neutrone in kosmiese strale. Mesone word ook opgewek in deeltjieversnellers.
Deeltjies het ooreenstemmende antideeltjies met dieselfde massa, maar die teenoorgestelde elektriese lading. Die antideeltjie van die elektron is byvoorbeeld die positron. Die elektron het 'n negatiewe lading en die positron is positief. Dié antideeltjies kan teoreties 'n ooreenstemmende vorm van materie vorm, wat "antimaterie" genoem word. Sommige deeltjies, soos die foton, is hulle eie antideeltjie.
Dié elementêre deeltjies is eksitasies van die kwantumvelde wat ook hulle interaksies beheer. Die oorheersende teorie wat dié elementêre deeltjies en velde verduidelik, asook hulle dinamika, word die Standaardmodel genoem. Die versoening van swaartekrag met die huidige deeltjiefisikateorie is nog nie duidelik nie. Baie teorieë, soos die supersimmetrie- en snaarteorie, ondersoek die probleem.
Praktiese deeltjiefisika is die bestudering van dié deeltjies in radioaktiewe prosesse en in deeltjieversnellers soos die Groot Hadronversneller op die grens tussen Frankryk en Switserland wat in 2008 deur die Europese Organisasie vir Kernnavorsing (CERN) in gebruik geneem is. Teoretiese deeltjiefisika is die bestudering van die deeltjies in die konteks van kosmologie en kwantumteorie. Die twee hou verband met mekaar: Die bestaan van die Higgsboson is deur praktiesedeeltjiefisici voorgestel en deur praktiese eksperimente bevestig.
Geskiedenis
[wysig | wysig bron]Die idee dat alle materie saamgestel is uit elementêre deeltjies dateer uit ten minste die 6de eeu v.C.[1]
Die filosofiese leerstelling van atomisme en die aard van elementêre deeltjies is deur antieke Griekse, Indiese en Moslemse wetenskaplikes bestudeer, asook in die vroeë moderne Europa. Die deeltjieteorie van lig is onder andere deur Isaac Newton voorgestel.
In die 19de eeu het John Dalton afgelei dat elke element van die natuur uit ’n enkele, unieke soort deeltjie bestaan. Hy en sy tydgenote het geglo dat dit die basiese deeltjies van die natuur is en het hulle atome genoem, van die Griekse woord atomos, wat "ondeelbaar" beteken.[2] Naby die einde van die eeu het fisici egter ontdek atome is nie die basiese deeltjies van die natuur nie, maar samestellings van nog kleiner deeltjies. In die vroeë 20ste eeu het ondersoeke in kern- en kwantumfisika getoon dat elemente verander kan word deur middel van kernsplyting en kernfusie. Dit maak dit selfs moontlik om goud van lood te maak, hoewel dit nooit winsgewend sal wees nie. Dieselfde ontdekkings het ook gelei tot die vervaardiging van kernwapens. In die 1950's en 1960's is ’n verstommende getal deeltjies in botsingseksperimente ontdek. Met die formulering van die Standaardmodel was dit duidelik dat hulle kombinasies van ’n klein aantal basiese deeltjies is.
Standaardmodel
[wysig | wysig bron]Alle deeltjies en hul interaksies kan feitlik geheel en al beskryf word aan die hand van die Standaardmodel.[3] Dit is in die middel 1970's algemeen aanvaar nadat die bestaan van kwarke met eksperimente bevestig is. Die model beskryf die sterk, swak en elektromagnetiese interaksies deur ykbosone. Die bepaalde ykbosone is gluone, W- en Z-bosone en fotone.[3][4]
Die model bevat ook 24 elementêre fermione (12 deeltjies en hulle ooreenstemmende antideeltjies), waaruit alle materie bestaan.[5] Verder is daar 'n soort boson bekend as die Higgsboson. Op 4 Julie 2012 het fisici by die Groot Hadronversneller aangekondig hulle het 'n nuwe deeltjie ontdek wat optree soos wat van die Higgsboson verwag kan word.[6]
Die Standaardmodel, soos wat dit tans geformuleer word, bevat 61 elementêre deeltjies.[7] Dié deeltjies kan kombineer om saamgestelde deeltjies te vorm, en dit verklaar die honderde ander soorte deeltjies wat sedert die 1960's ontdek is. Die Standaardmodel stem ooreen met feitlik alle eksperimentele toetse wat tot op datum uitgevoer is. Die meeste deeltjiefisici glo egter dit is 'n onvolledige beskrywing van die natuur en dat 'n beter model nog ontdek sal word (Sien Teorie van alles). In onlangse jare het die meting van die massa van neutrino's die eerste eksperimentele afwyking van die Standaardmodel getoon, aangesien neutrino's nie in die Standaardmodel massa het nie.[8]
Subatomiese deeltjies
[wysig | wysig bron]| Soort | Generasies | Antideeltjie | Kleur | Totaal | |
|---|---|---|---|---|---|
| Kwarke | 2 | 3 | Paar | 3 | 36 |
| Leptone | 2 | 3 | Paar | Geen | 12 |
| Gluone | 1 | 1 | Eie | 8 | 8 |
| Foton | 1 | 1 | Eie | Geen | 1 |
| Z-boson | 1 | 1 | Eie | Geen | 1 |
| W-boson | 1 | 1 | Paar | Geen | 2 |
| Higgsboson | 1 | 1 | Eie | Geen | 1 |
| Totaal | 61 | ||||
Navorsing in moderne deeltjiefisika fokus op subatomiese deeltjies, insluitende elektrone, protone en neutrone. Laasgenoemde twee is saamgestelde deeltjies wat uit kwarke bestaan. Die ander deeltjies wat bestudeer word, is afkomstig van radio-aktiewe en verspreidingsprosesse – dit sluit in fotone, neutrino's en muone, sowel as ’n wye verskeidenheid eksotiese deeltjies (’n soort teoretiese deeltjie).
Die term "deeltjie" is eintlik verkeerd. Die dinamika van deeltjiefisika word bepaal deur kwantummeganika. As sulks tree hulle soms op as deeltjies en soms as golwe. In meer tegniese terme: hulle is die wiskundige formulering van ’n kwantumtoestand in ’n Hilbert-ruimte. Hoewel van deeltjies gepraat word, moet ’n mens dus in aanmerking neem dat hulle ook golfeienskappe kan hê.
Sien ook
[wysig | wysig bron]Lys van deeltjies, vir 'n lys van elementêre en saamgestelde deeltjies
Verwysings
[wysig | wysig bron]- ↑ "Fundamentals of Physics and Nuclear Physics" (PDF). Geargiveer vanaf die oorspronklike (PDF) op 2 Oktober 2012. Besoek op 21 Julie 2012.
- ↑ "Scientific Explorer: Quasiparticles" (in Engels). Sciexplorer.blogspot.com. 22 Mei 2012. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 15 Augustus 2019. Besoek op 21 Julie 2012.
- ↑ 3,0 3,1 "Particle Physics and Astrophysics Research" (in Engels). The Henryk Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 15 Oktober 2018. Besoek op 31 Mei 2012.
- ↑ Baker, Joanne (2013). 50 quantum physics ideas you really need to know. London. pp. 120–123. ISBN 978-1-78087-911-6. OCLC 857653602.
{{cite book}}: AS1-onderhoud: plek sonder uitgewer (link) - ↑ Nakamura, K (1 Julie 2010). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 37 (7A): 1–708. Bibcode:2010JPhG...37g5021N. doi:10.1088/0954-3899/37/7A/075021. PMID 10020536.
- ↑ Mann, Adam (28 Maart 2013). "Newly Discovered Particle Appears to Be Long-Awaited Higgs Boson". Wired Science. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 11 Februarie 2014. Besoek op 6 Februarie 2014.
- ↑ S. Braibant, G. Giacomelli, M. Spurio (2009). Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics. Springer. pp. 313–314. ISBN 978-94-007-2463-1.
{{cite book}}: AS1-onderhoud: meer as een naam (link) - ↑ "Neutrinos in the Standard Model". The T2K Collaboration. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 16 Oktober 2019. Besoek op 15 Oktober 2019.
Hierdie artikel is vertaal uit die Engelse Wikipedia