Fundamental particles · Partículas fundamentais
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|---|---|
| fundamental particles/ˌfʌndəˈmentl ˈpɑːtɪklz/ | partículas fundamentais |
| quarks/kwɑːks/ | quarks |
| flavours/ˈfleɪvəz/ | sabores |
| antiquark/ˈæntɪkwɑːk/ | antiquark |
| hadrons/ˈhædrɒnz/ | hádrons |
| baryons/ˈbæriɒnz/ | bárions |
| mesons/ˈmiːzɒnz/ | mésons |
| leptons/ˈleptɒnz/ | léptons |
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 do próton
- Prótons e neutrões parecem sólidos — mas não são partículas fundamentais 基本粒子.
- Cada um é construído a partir de partículas pontuais menores chamadas quarks 夸克.
- Algumas partículas não têm partes menores; essas são verdadeiramente fundamentais.
Fundamental particle lab · Laboratório de partículas fundamentais
Sort particles by the family or interaction that defines them. · Classifique as partículas pela família ou interação que as 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, top têm carga $+\tfrac{2}{3}e$; down, strange, bottom têm $-\tfrac{1}{3}e$.
- Cada um tem um antiquark 反夸ck com a carga oposta.
Os seis sabores de quarks: tipo up carrega +⅔e, tipo down carrega −⅓e
What is the charge on an up quark? · Qual é a carga de um quark up?
Up-type quarks (up, charm, top) carry $+\tfrac{2}{3}e$; down-type (down, strange, bottom) carry $-\tfrac{1}{3}e$. · Quarks do tipo up (up, charm, top) carregam $+\tfrac{2}{3}e$; do tipo down (down, strange, bottom) carregam $-\tfrac{1}{3}e$.
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.
Hadrons 强子: bárions 重子 e mésons 介子
- Partículas construídas a partir de quarks são hádrons.
- Bárons = três quarks; mésons = um quark e um antiquark.
Match each hadron to what it is made of. · Associe cada hadron ao que ele é feito de.
Protons and neutrons are baryons (three quarks); a pion is a meson (quark + antiquark). · Prótons e nêutrons são bárions (três quarks); um píon é um méson (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 $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$.
Próton e nêutron
- Próton = u u d: carga $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
- Nêutron = u d d: carga $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$.
A proton is made of which quarks? · Um próton é feito de quais quarks?
Proton = u u d, giving charge $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$. · Próton = u u d, dando 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 $e$? · Um nêutron é u d d. Qual é sua carga total, em unidades de $e$?
$\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$ — the neutron is uncharged. · $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$ — o nêutron é neutro.
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 $+2e$.
Exemplo resolvido: os quarks em uma partícula α
Uma partícula α é dois prótons e dois nêutrons. Mostre, usando quarks, que cada hádon nela tem carga $0$ ou $+e$, e encontre o conteúdo total de quarks.
- Cada próton é uud: $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$, então carga $+e$. É um báron (três quarks).
- Cada nêutron é udd: $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$. Também é um bárion.
- Partícula α inteira: quarks up $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$; quarks down $2 \times 1 + 2 \times 2 = 6$.
- Verificação: $6\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 6\left(-\tfrac{1}{3}\right) = 4 - 2 = +2$, a carga da partícula α é $+2e$.
A helium-3 nucleus contains two protons and one neutron. How many down · para baixo quarks does it contain? · Um núcleo de hélio-3 contém dois prótons e um nêutron. Quantos quarks down · para baixo ele contém?
Each proton (uud) has one down quark and the neutron (udd) has two: $1 + 1 + 2 = 4$. · Cada próton (uud) tem um quark down e o nêutron (udd) tem dois: $1 + 1 + 2 = 4$.
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
Decaimento β em termos de quarks
- β$^{-}$: um nêutron se torna um próton — um quark down transforma-se em um quark up.
- β$^{+}$: um próton se torna um nêutron — um quark up transforma-se em um quark down.
Decaimento β⁻ de perto: um quark down vira um quark up, então um nêutron se torna um próton
In β$^{-}$ decay, which quark change happens? · No decaimento β$^{-}$, qual mudança de quark ocorre?
A neutron (u d d) becomes a proton (u u d): one down → up, emitting a $\beta^{-}$ and an antineutrino. · Um nêutron (u d d) vira um próton (u u d): um down → up, emitindo um $\beta^{-}$ e um 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)
Léptons 轻子 e o que é fundamental
- Léptons (elétrons, neutrinos) são fundamentais e não são feitos de quarks.
- Fundamental: quarks, elétrons, pósitrons, neutrinos. Não fundamental: prótons, nêutrons, mésons (todos hadrons).
Partículas classificam-se em hadrons (feitos de quarks) e léptons (fundamentais, não feitos de quarks)
Select all · todos the particles that are fundamental. · Selecione todas as partículas que são fundamentais.
Quarks and leptons (electron, neutrino) are fundamental. Protons and mesons are hadrons — made of quarks. · Quarks e léptons (elétron, neutrino) são fundamentais. Prótons e mésons são hádrons — feitos de quarks.
An electron is a lepton and is not made of quarks. · Um elétron é um lépton e não é feito de quarks.
Leptons (electrons and neutrinos) are fundamental particles, not built from quarks. · Léptons (elétrons e neutrinos) são partículas fundamentais, não construídas 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.
Exemplo resolvido: um méson neutro
A partícula Q é um méson com carga zero. Ela tem massa de $0.67\ \text{u}$ e energia cinética de $2.1 \times 10^{-16}\ \text{J}$.
- Uma composição possível: um quark com seu próprio antiquark, por exemplo $\text{u}\bar{\text{u}}$: $+\tfrac{2}{3} - \tfrac{2}{3} = 0$. ($\text{d}\bar{\text{d}}$ também funcionaria.)
- Por que não dois quarks? Um méson é sempre um quark e um antiquark; dois quarks juntos não são um méson.
- Velocidade: $E_{\text{K}} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$ com $m = 0.67 \times 1.66 \times 10^{-27} = 1.1 \times 10^{-27}\ \text{kg}$, então $v = \sqrt{\dfrac{2 \times 2.1 \times 10^{-16}}{1.1 \times 10^{-27}}} = 6.1 \times 10^{5}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Verificação: bem abaixo da velocidade da luz, então a fórmula ordinária de energia cinética é adequada para usar.
A meson is made of a quark and an ____. · Um méson é feito de um quark e de um ____.
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. · Mésons são pares quark–antiquark; bárions são três quarks. Um méson neutro pareia um quark com um antiquark de carga oposta, tal como up com anti-up.
"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 não feito de nada menor: quarks e léptons são; prótons, nêutrons e todos os outros hádrons não são. Antiquarks carregam carga oposta, portanto um méson neutro pareia um quark com o antiquark correspondente. No decaimento β$^{-}$, a mudança do quark é d → u — um aumento de carga de $+1$ que o $-1$ do elétron emitido compensa — e o elétron é criado no decaimento, não liberado de uma 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
Entendeu?
- quarks são fundamentais (tipo-up $+\tfrac{2}{3}e$, tipo-down $-\tfrac{1}{3}e$; antiquarks opostos)
- bárons = 3 quarks (próton uud, nêutron udd); mésons = quark + antiquark; os quarks de um núcleo são apenas a soma dos prótons e nêutrons dele
- no decaimento β$^{-}$ um quark down → quark up; léptons (elétron, neutrino) são fundamentais