อนุภาคพื้นฐาน
| English | ไทย |
|---|---|
| fundamental particles/ˌfʌndəˈmentl ˈpɑːtɪklz/ | อนุภาคพื้นฐาน |
| quarks/kwɑːks/ | ควาร์ก |
| flavours/ˈfleɪvəz/ | รสชาติ |
| antiquark/ˈæntɪkwɑːk/ | แอนติควาร์ก |
| hadrons/ˈhædrɒnz/ | แฮดรอน |
| baryons/ˈbæriɒnz/ | แบริออน |
| mesons/ˈmiːzɒnz/ | เมซอน |
| leptons/ˈleptɒnz/ | เลปตอน |
ภายในโปรตอน
- โปรตอนและนิวตรอนรู้สึกเหมือนแข็ง — แต่พวกมัน ไม่ใช่ อนุภาคพื้นฐาน
- แต่ละตัวสร้างจากอนุภาคจุดเล็กๆ ที่เรียกว่า ควาร์ก更小
- บางอนุภาคไม่มีส่วนย่อยกว่านั้น; เหล่านี้คืออนุภาคพื้นฐานที่แท้จริง
ห้องปฏิบัติการอนุภาคพื้นฐาน
จัดกลุ่มอนุภาคตามครอบครัวหรือแรงที่กำหนดมัน
ควาร์ก
- หก รสชาติ Up, Charm, Top มีประจุ $+\tfrac{2}{3}e$; Down, Strange, Bottom มี $-\tfrac{1}{3}e$
- แต่ละตัวมี แอนติควาร์ก ที่มีประจุตรงข้าม
六种夸克风味：上型携带 +⅔e，下型携带 −⅓e
ประจุของควาร์ก up คืออะไร?
ควาร์กประเภท Up (up, charm, top) มี $+\tfrac{2}{3}e$; ประเภท Down (down, strange, bottom) มี $-\tfrac{1}{3}e$
ฮาดรอน: บาเรียออนและเมซอน
- อนุภาคที่สร้างจากควาร์กคือ ฮาดรอน
- บาเรียออน = สามควาร์ก; เมซอน = ควาร์กและแอนติควาร์กหนึ่งตัว
จับคู่ฮาดรอนแต่ละชนิดกับสิ่งที่ประกอบขึ้นจากมัน
โปรตอนและนิวตรอนคือบาริออน (สามควาร์ก); ไพออนคือเมซอน (ควาร์ก + แอนติควาร์ก)
โปรตอนและนิวตรอน
- โปรตอน = u u d: ประจุ $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$
- นิวตรอน = u d d: ประจุ $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$
โปรตอนประกอบด้วยควาร์กชนิดใด?
โปรตอน = u u d ให้ประจุ $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$
นิวตรอนคือ u d d ประจุรวมของมันคือเท่าไหร่ ในหน่วยของ $e$?
$\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$ — นิวตรอนไม่มีประจุ
ตัวอย่างทำข้อ: ควาร์กในอนุภาค α
อนุภาค α คือโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว แสดงโดยใช้ควาร์กว่าแต่ละฮาดรอนใน它有ประจุ $0$ หรือ $+e$, และหาองค์ประกอบควาร์กรวม
- โปรตอนแต่ละตัว เป็น uud: $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$, ดังนั้นประจุ $+e$. มันเป็น บาเรียออน (สามควาร์ก)
- นิวตรอนแต่ละตัว เป็น udd: $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$. ยังเป็นบาเรียออน
- อนุภาค α ทั้งหมด: up quarks $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$; down quarks $2 \times 1 + 2 \times 2 = 6$
- ตรวจสอบ: $6\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 6\left(-\tfrac{1}{3}\right) = 4 - 2 = +2$, ประจุของอนุภาค α ที่ $+2e$
นิวเคลียส ฮีเลียม-3 มีโปรตอนสองตัวและนิวตรอนหนึ่งตัว มันมีควาร์ก ลง กี่ตัว?
โปรตอนแต่ละตัว (uud) มีควาร์ก down หนึ่งตัว และนิวตรอน (udd) มีสองตัว: $1 + 1 + 2 = 4$
การสลายตัว β ในเชิงควาร์ก
- β$^{-}$: นิวตรอนกลายเป็นโปรตอน — ควาร์ก Down เปลี่ยนเป็นควาร์ก Up
- β$^{+}$: โปรตอนกลายเป็นนิวตรอน — ควาร์ก Up เปลี่ยนเป็นควาร์ก Down
β⁻ 衰变近距离观察：一个下夸克翻转为上夸克，所以中子变成质子
ในการสลายตัว β$^{-}$ เกิดการเปลี่ยนแปลงควาร์กแบบใด?
นิวตรอน (u d d) เปลี่ยนเป็นโปรตอน (u u d): one down → up, ปล่อย $\beta^{-}$ และแอนตินิวทริโน
เลปตอนและสิ่งที่เป็นพื้นฐาน
- เลปตอน (อิเล็กตรอน, นิวตริโน) เป็นพื้นฐานและไม่ ไม่ได้ สร้างจากควาร์ก
- พื้นฐาน: ควาร์ก, อิเล็กตรอน, โพซิตรอน, นิวตริโน. ไม่พื้นฐาน: โปรตอน, นิวตรอน, เมซอน (ทั้งหมดเป็นฮาดรอน)
อนุภาคจัดกลุ่มเป็นฮาดรอน (สร้างจากควาร์ก) และเลปตัน (พื้นฐาน ไม่สร้างจากควาร์ก)
เลือก ทุก อนุภาคที่เป็น พื้นฐาน
ควาร์กและเลปตัน (อิเล็กตรอน, นิวทริโน) เป็นพื้นฐาน โปรตอนและเมซอนคือฮาดรอน — ประกอบด้วยควาร์ก
อิเล็กตรอนเป็นเลปตันและไม่ประกอบด้วยควาร์ก
เลปตัน (อิเล็กตรอนและนิวทริโน) เป็นอนุภาคพื้นฐาน ไม่สร้างจากควาร์ก
ตัวอย่างทำข้อ: เมซอนที่เป็นกลาง
อนุภาค Q เป็นเมซอนที่มีประจุเป็นศูนย์ มีมวล $0.67\ \text{u}$ และมีพลังงานจลน์ $2.1 \times 10^{-16}\ \text{J}$
- ตัวอย่างการประกอบ: ควาร์กหนึ่งตัวคู่กับแอนติควาร์กของตัวเอง เช่น $\text{u}\bar{\text{u}}$: $+\tfrac{2}{3} - \tfrac{2}{3} = 0$. ($\text{d}\bar{\text{d}}$ ก็ใช้ได้เช่นกัน)
- ทำไมไม่ใช่สองควาร์ก? เมซอนคือควาร์ก และ แอนติควาร์กเสมอ; ควาร์กสองตัวรวมกันไม่จัดเป็นเมซอน
- ความเร็ว: $E_{\text{K}} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$ คู่กับ $m = 0.67 \times 1.66 \times 10^{-27} = 1.1 \times 10^{-27}\ \text{kg}$, ดังนั้น $v = \sqrt{\dfrac{2 \times 2.1 \times 10^{-16}}{1.1 \times 10^{-27}}} = 6.1 \times 10^{5}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- ตรวจสอบ: ต่ำกว่าความเร็วแสงมาก ดังนั้นใช้สูตรพลังงานจลน์แบบธรรมดาได้
เมซอนประกอบด้วยควาร์กและ ____
เมซอนคือคู่ควาร์ก–แอนติควาร์ก; บาริออนคือสามควาร์ก เมซอนไร้ประจุจับคู่ควาร์กกับแอนติควาร์กที่มีประจุตรงข้าม เช่น up กับ anti-up
"พื้นฐาน" หมายความว่า ไม่ได้สร้างจากสิ่งใดที่เล็กกว่า: ควาร์กและเลปตอนเป็น; โปรตอน นิวตรอน และฮาดรอนอื่นๆ ทั้งหมดไม่ใช่ แอนติควาร์กมีประจุ ตรงข้าม ดังนั้นเมซอนที่เป็นกลางจะจับคู่วาควาร์กกับแอนติควาร์กที่มีประจุตรงข้าม ในกระบวนการสลายตัว β$^{-}$ การเปลี่ยนแปลงของควาร์กคือ d → u — ซึ่งเป็นการเพิ่มขึ้นของประจุ $+1$ ที่ประจุ $-1$ ของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาช่วยสมดุล — และอิเล็กตรอนถูก สร้าง ขึ้นมาในการสลายตัว ไม่ใช่ปลดปล่อยออกจากวงโคจร
คุณเข้าใจแล้ว
- ควาร์ก เป็นอนุภาคพื้นฐาน (ประเภทอัป $+\tfrac{2}{3}e$, ประเภทดาวน์ $-\tfrac{1}{3}e$; แอนติควาร์กมีประจุตรงข้าม)
- บาริออน = 3 ควาร์ก (โปรตอน uud, นิวตรอน udd); เมซอน = ควาร์ก + แอนติควาร์ก; ควาร์กในนิวเคลียสคือผลรวมของควาร์กในโปรตอนและนิวตรอน
- ในการสลายตัว β$^{-}$ ควาร์กดาวน์ → ควาร์กอับ; เลปตอน (อิเล็กตรอน, นิวทริโน) เป็นอนุภาคพื้นฐาน