Fundamental particles · Partículas fundamentales
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|---|---|
| fundamental particles/ˌfʌndəˈmentl ˈpɑːtɪklz/ | partículas fundamentales |
| quarks/kwɑːks/ | quarks |
| flavours/ˈfleɪvəz/ | sabores |
| antiquark/ˈæntɪkwɑːk/ | antiquark |
| hadrons/ˈhædrɒnz/ | hadrones |
| baryons/ˈbæriɒnz/ | bariones |
| mesons/ˈmiːzɒnz/ | mesones |
| leptons/ˈleptɒnz/ | leptones |
Inside the proton
- Protons and neutrons feel solid — but they are not fundamental particles 基本粒子.
- Each is built from smaller point-like particles called quarks 夸克.
- Some particles have no smaller parts; those are the truly fundamental ones.
Dentro del protón
- Los protones y neutrones se sienten sólidos, pero no son partículas fundamentales 基本粒子.
- Cada uno está construido a partir de partículas más pequeñas puntuales llamadas quarks 夸克.
- Algunas partículas no tienen partes más pequeñas; esas son las verdaderamente fundamentales.
Fundamental particle lab · Laboratorio de partículas fundamentales
Sort particles by the family or interaction that defines them. · Clasificar las partículas según la familia o interacción que las define.
Quarks
- Six flavours 味. Up, charm, top have charge $+\tfrac{2}{3}e$; down, strange, bottom have $-\tfrac{1}{3}e$.
- Each has an antiquark 反夸克 with the opposite charge.
The six quark flavours: up-type carry +⅔e, down-type carry −⅓e
Quarks
- Seis sabores 味. Up, charm y top tienen carga $+\tfrac{2}{3}e$; down, strange y bottom tienen $-\tfrac{1}{3}e$.
- Cada uno tiene un antiquark 反夸ck con la carga opuesta.
Los seis sabores de quarks: los de tipo up llevan +⅔e, los de tipo down llevan −⅓e
What is the charge on an up quark? · ¿Cuál es la carga de un quark arriba?
Up-type quarks (up, charm, top) carry $+\tfrac{2}{3}e$; down-type (down, strange, bottom) carry $-\tfrac{1}{3}e$. · Los quarks tipo arriba (arriba, encanto, tope) portan $+\tfrac{2}{3}e$; los de tipo abajo (abajo, extraño, fondo) portan $-\tfrac{1}{3}e$.
Hadrons 强子: baryons 重子 and mesons 介子
- Particles built from quarks are hadrons.
- Baryons = three quarks; mesons = a quark and an antiquark.
Hadrones 强子: bariones 重子 y mesones 介子
- Las partículas construidas a partir de quarks son hadrones.
- Bariones = tres quarks; mesones = un quark y un antiquark.
Match each hadron to what it is made of. · Asocia cada hadrón con lo que está compuesto.
Protons and neutrons are baryons (three quarks); a pion is a meson (quark + antiquark). · Los protones y neutrones son bariones (tres quarks); un pión es un mesón (quark + antiquark).
Proton and neutron
- Proton = u u d: charge $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
- Neutron = u d d: charge $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$.
Protón y neutrón
- Protón = u u d: carga $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
- Neutrón = u d d: carga $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$.
A proton is made of which quarks? · Un protón está formado por qué quarks?
Proton = u u d, giving charge $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$. · Protón = u u d, lo que da una carga $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
A neutron is u d d. What is its total charge, in units of $e$? · Un neutrón es u d d. ¿Cuál es su carga total, en unidades de $e$?
$\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$ — the neutron is uncharged. · $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$ — el neutrón no tiene carga.
Worked example: the quarks in an α-particle
An α-particle is two protons and two neutrons. Show, using quarks, that each hadron in it has charge $0$ or $+e$, and find the total quark content.
- Each proton is uud: $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$, so charge $+e$. It is a baryon (three quarks).
- Each neutron is udd: $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$. Also a baryon.
- Whole α-particle: up quarks $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$; down quarks $2 \times 1 + 2 \times 2 = 6$.
- Check: $6\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 6\left(-\tfrac{1}{3}\right) = 4 - 2 = +2$, the α-particle's charge of $+2e$.
Ejemplo resuelto: los quarks en una partícula α
Una partícula α es dos protones y dos neutrones. Demuestre, usando quarks, que cada hadrón en ella tiene carga $0$ o $+e$, y encuentre el contenido total de quarks.
- Cada protón es uud: $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$, por lo tanto carga $+e$. Es un barión (tres quarks).
- Cada neutrón es udd: $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$. También es un barión.
- Partícula α completa: quarks up $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$; quarks down $2 \times 1 + 2 \times 2 = 6$.
- Comprobación: $6\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 6\left(-\tfrac{1}{3}\right) = 4 - 2 = +2$, la carga de la partícula α es $+2e$.
A helium-3 nucleus contains two protons and one neutron. How many down · hacia abajo quarks does it contain? · Un núcleo de helio-3 contiene dos protones y un neutrón. ¿Cuántos quarks abajo contiene?
Each proton (uud) has one down quark and the neutron (udd) has two: $1 + 1 + 2 = 4$. · Cada protón (uud) tiene un quark abajo y el neutrón (udd) tiene dos: $1 + 1 + 2 = 4$.
β-decay in quark terms
- β$^{-}$: a neutron becomes a proton — a down quark turns into an up quark.
- β$^{+}$: a proton becomes a neutron — an up quark turns into a down quark.
β⁻ decay up close: one down quark flips to an up quark, so a neutron becomes a proton
Desintegración β en términos de quarks
- β$^{-}$: un neutrón se convierte en un protón — un quark down se transforma en un quark up.
- β$^{+}$: un protón se convierte en un neutrón — un quark up se transforma en un quark down.
Desintegración β⁻ de cerca: un quark down cambia a un quark up, así que un neutrón se convierte en un protón
In β$^{-}$ decay, which quark change happens? · En la desintegración β$^{-}$, ¿qué cambio de quark ocurre?
A neutron (u d d) becomes a proton (u u d): one down → up, emitting a $\beta^{-}$ and an antineutrino. · Un neutrón (u d d) se convierte en un protón (u u d): uno down → up, emitiendo un $\beta^{-}$ y un antineutrino.
Leptons 轻子 and what's fundamental
- Leptons (electrons, neutrinos) are fundamental and are not made of quarks.
- Fundamental: quarks, electrons, positrons, neutrinos. Not fundamental: protons, neutrons, mesons (all hadrons).
Particles sort into hadrons (made of quarks) and leptons (fundamental, not made of quarks)
Leptones 轻子 y qué es fundamental
- Leptones (electrones, neutrinos) son fundamentales y no están hechos de quarks.
- Fundamental: quarks, electrones, positrones, neutrinos. No fundamental: protones, neutrones, mesones (todos hadrones).
Las partículas se clasifican en hadrones (hechos de quarks) y leptones (fundamentales, no hechos de quarks)
Select all · todos the particles that are fundamental. · Selecciona todas las partículas que sean fundamentales.
Quarks and leptons (electron, neutrino) are fundamental. Protons and mesons are hadrons — made of quarks. · Los quarks y leptones (electrón, neutrino) son fundamentales. Los protones y mesones son hadrones — formados por quarks.
An electron is a lepton and is not made of quarks. · Un electrón es un lepton y no está hecho de quarks.
Leptons (electrons and neutrinos) are fundamental particles, not built from quarks. · Los leptones (electrones y neutrinos) son partículas fundamentales, no construidas a partir de quarks.
Worked example: a neutral meson
Particle Q is a meson with zero charge. It has a mass of $0.67\ \text{u}$ and a kinetic energy of $2.1 \times 10^{-16}\ \text{J}$.
- A possible composition: a quark with its own antiquark, for example $\text{u}\bar{\text{u}}$: $+\tfrac{2}{3} - \tfrac{2}{3} = 0$. ($\text{d}\bar{\text{d}}$ would also work.)
- Why not two quarks? A meson is always a quark and an antiquark; two quarks together are not a meson.
- Speed: $E_{\text{K}} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$ with $m = 0.67 \times 1.66 \times 10^{-27} = 1.1 \times 10^{-27}\ \text{kg}$, so $v = \sqrt{\dfrac{2 \times 2.1 \times 10^{-16}}{1.1 \times 10^{-27}}} = 6.1 \times 10^{5}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Check: well below the speed of light, so the ordinary kinetic-energy formula is fine to use.
Ejemplo resuelto: un mesón neutro
La partícula Q es un mesón con carga cero. Tiene una masa de $0.67\ \text{u}$ y una energía cinética de $2.1 \times 10^{-16}\ \text{J}$.
- Una composición posible: un quark con su propio antiquark, por ejemplo $\text{u}\bar{\text{u}}$: $+\tfrac{2}{3} - \tfrac{2}{3} = 0$. ($\text{d}\bar{\text{d}}$ también funcionaría.)
- ¿Por qué no dos quarks? Un mesón es siempre un quark y un antiquark; dos quarks juntos no son un mesón.
- Velocidad: $E_{\text{K}} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$ con $m = 0.67 \times 1.66 \times 10^{-27} = 1.1 \times 10^{-27}\ \text{kg}$, por lo tanto $v = \sqrt{\dfrac{2 \times 2.1 \times 10^{-16}}{1.1 \times 10^{-27}}} = 6.1 \times 10^{5}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Comprobación: muy por debajo de la velocidad de la luz, así que la fórmula ordinaria de energía cinética es adecuada para usar.
A meson is made of a quark and an ____. · Un mesón está formado por un quark y un ____.
Mesons are quark–antiquark pairs; baryons are three quarks. A neutral meson pairs a quark with an antiquark of the opposite charge, such as up with anti-up. · Los mesones son pares de quark–antiquark; los bariones son tres quarks. Un mesón neutro empareja un quark con un antiquark de carga opuesta, como arriba con anti-arriba.
"Fundamental" means not made of anything smaller: quarks and leptons are; protons, neutrons and every other hadron are not. Antiquarks carry the opposite charge, so a neutral meson pairs a quark with the matching antiquark. In β$^{-}$ decay the quark change is d → u — a charge rise of $+1$ that the emitted electron's $-1$ balances — and the electron is created in the decay, not released from an orbit.
"Fundamental" significa no estar compuesto por nada más pequeño: los quarks y los leptones lo son; los protones, neutrones y todos los demás hadrones no. Los antiquarks portan carga opuesta, por lo que un mesón neutro empareja un quark con su antiquark correspondiente. En la desintegración β$^{-}$ el cambio de quark es d → u —un aumento de carga de $+1$ que equilibra la carga negativa del electrón emitido, $-1$— y el electrón se crea en la desintegración, no se libera desde una órbita.
You've got it
- quarks are fundamental (up-type $+\tfrac{2}{3}e$, down-type $-\tfrac{1}{3}e$; antiquarks opposite)
- baryons = 3 quarks (proton uud, neutron udd); mesons = quark + antiquark; a nucleus's quarks are just its protons' and neutrons' added up
- in β$^{-}$ decay a down quark → up quark; leptons (electron, neutrino) are fundamental
Lo has entendido
- los quarks son fundamentales (de tipo arriba $+\tfrac{2}{3}e$, de tipo abajo $-\tfrac{1}{3}e$; antiquarks de carga opuesta)
- bariones = 3 quarks (protón uud, neutrón udd); mesones = quark + antiquark; los quarks de un núcleo son simplemente la suma de los de sus protones y neutrones
- en la desintegración β$^{-}$ un quark de tipo abajo → quark de tipo arriba; los leptones (electrón, neutrino) son fundamentales