Partikulen fisika

Fitxategi:First Gold Beam-Beam Collision Events at RHIC at 100 100 GeV c per beam recorded by STAR.jpg

Partikulen talka osteko leherketa.

Partikulen fisika, materia eta erradiazioa eratzen duten partikulataz arduratzen da, partikula hauek zeintzuk diren, ze ezaugarri dituzten, bata bestearekin nola elkartzen diren eta nondik datozten, esaterako. Partikula azeleratzaileak erabiltzen dituzten saiakuntzetan, askotan, egoera naturalean gertatzen ez diren partikula berriak sortzen dituzte eta makina hauek erabiltzen dituzten energia handiak direla eta, energia handiko fisika bezala ere ezagutzen da fisikaren atal hau.

Atomoa historian zehar

Inguratzen gaituzten materia guztia, bai eta gu ere, funtsezko hainbat elementuz osatuta gaudelaren ideia aintzinako Greziatik dator, nahiz eta garaiko zientzilariek elementu haiek (Leukipo, Demokrito, and Epikuro) sua, ura, lurra eta aizea zirela sinistu. XIX. mendean John Daltonek estekiometrian egindako aurkikuntzak eta gero, materia guztia funtzesko partikula berdinaz osatuta egon behar zuela adierazi zuen, "atomo" izenekoa (grekeraz bananduezina esan nahi duena). Menderaen bukaeran, J.J.Thomsonek elektroia aurkitu zuen, atomoak banatu daitezkela erakutsiz. XX. mendean zehar atomoan protoiak eta neutroiak ere daudela aurkitu zen, bai eta azken hauek quarkez eratuta daudela.

XX. mendearekin hasitako fisika nuklear eta fisika kuantiko arloetan egindako saikuntzak jarraituta, 1939an Lise Meitnerek fisio nuklearra aurkitu zuen, Otto Hahnek aurretik egindako frogaketetan oinarrituta, eta urte berean, baina pixkat beranduago, Hans Bethenek fusio nuklearraren kausitu zuen. Bi deskubrimendu hauek atomo batetik beste bat sortzen zuten industria bat hasi zuten, historian zehar hainbat alkimistek amestutako berun-urre trasnformazioa posible eginez (nahiz eta oso garesti atera). Industria hauek ere XX. mendean zehar hain ezagunak izan diren arma nuklearrak sortzen bukatu zuten.

50. eta 60. hamarkadetan zehar hainbat partikula aurkitu ziren sakabanaketa saiakuntzetan, hainbeste "partikulen zoologikoa" ere deitua izan zirela. 70. hamarkadan zehar, eredu estandarraren azalpenarekin, aurkitutako partikula gehienak funtsezko ziren partikula multzo txikiago baten bateratzeak zirela argi gelditu zen.

Partikula azpiatomikoak

Gaur egun partikulen fisika atomoak baino egitura gutxiago duten partikula azpiatomiko hauetaz arduratzen da batez ere, esaterako elektroiak, quarkak (funtzesko partikulen artean), protoiak eta neutroiak (partikula elkartuak azken bi hauek). Beste partikula batzuk sakabanaketa prozesuetan sorturiko fotoiak, neutrinoak eta muoiak dira, baina badaude ere beste hainbat partikula exotiko.

Funtsezko partikulak bi eratakoak izan daitezke, bosoiak (Satyendra Nath Bose fisikari indiarraren ohorez izendaturikoak) eta fermioiak (Enrico Fermi zientzilari italiarraren izenagatik). Bosoiak (fotoiak ea.) spin osoa dute, hau da, 0, 1, 2 eta abar, fermioien (elektroiak ea.) spina zatiki bat delarik, 1/2 edo 3/2. Spin diferentzia hau dela eta, fermioiak eta bosoiak ezaugarri eta jokaera guztiz ezberdinak dituzte. Bosoiak funtsezko idarren transmititzaile dira eta bi partikulen artean gertatzen den edozein elkarrekintza bosoi birtual baten elkartrukatzea dakar. Bosoi birtuala benetako edo erreala den fermioiekin bateratzean, funtzezko lau indarrak sortzen dituzte:

• Indar nuklear sendoa: gluoi bosoiak transmititzen dutena, quarkak bata bestearekin mesoiak eta barioiak (nukleoiak) eratzeko batzen dituena. Hadroiek bakarrik jasaten dute.
• Indar nuklear ahula: W^± y Z⁰ bosoi bektorialak transmititzen dutena eta β desintegrazioa gertatzearen arrazoia dena.
• Indar elektromagnetikoa: fotoi baten elkartrukatzearekin gertatzen da eta karga duten edozein partikulak jasaten du.
• Grabitazio indarra: partikulen fisikan azaltzen eta teorietan barneratzen zailena da, transmititzen duen partikula, grabitroia, oraindik aurketzeke dagoelako. Bere influentzia partikula mailan oso oso txikia da.

Materia osatzen duten partikulak fermioiak dira, esaterako atomoak eratzen dituzten elektroiak, protoiak eta neutroiak. Gorago esan bezala, elektroia bakarrik da funtsezko partikula, beste biak indar nuklear indartsuaz loturiko quarkez eratuta daudelarik. Funtsezko fermioiak lau mota ezberdinetan existitzen dira, bakoitzak masa ezberdineko hiru belaunalditan sailkatzen direlarik:

Fermioi mota	Izena	Ikurra	Karga elektromagnetikoa	Indar ahula*	Indar sendoa (koloredunak)	Masa
Leptón	Elektroia	e-	-1	-1/2	0	0,511 MeV/c²
	Muoia	m-	-1	-1/2	0	105,6 MeV/c²
	Tauoia	t-	-1	-1/2	0	1,784 GeV/c²
	Neutrino elektronikoa	ne	0	+1/2	0	< 50 eV/c²
	Neutrino muoikoa	nm	0	+1/2	0	< 0,5 MeV/c²
	Neutrino tauoikoa	nt	0	+1/2	0	< 70 MeV/c²
Quarka	up	u	+2/3	+1/2	R/G/B	~5 MeV/c²
	charm (xarma)	c	+2/3	+1/2	R/G/B	~1.5 GeV/c²
	top	t	+2/3	+1/2	R/G/B	>30 GeV/c²
	down	d	-1/3	-1/2	R/G/B	~10 MeV/c²
	strange (arraro)	s	-1/3	-1/2	R/G/B	~100 MeV/c²
	bottom	b	-1/3	-1/2	R/G/B	~4,7 GeV/c²

Gaur egun arte behatutako partikula guztiak, bai eta beraien arteko elkartrukatzeak eremuen teoria kuantikoaren barruan dagoen eredu estandarra erabiliz deskribatu daitezke. Eredu honen barruan funtsezko 40 partikula ezberdin ditu, (24 fermioi, 12 bosoi bektore eta 4 bosoi eskalar), 60. hamarkadan zehar behatutako ehunka partikula edo beste edozein partikula elkartu berriak sortzeko elkartu daitezkeenak. Hala ere, partikula fisikari askoren ustez eredu estandarra naturaren azalpen bukatu gabea da, eta funtsezko beste teoria baten zain daude. Azken urteetan neutrinoaren masaren nehurketak ere eredu estandarraren desbideratzeak egiaztatu ditu.

Zehazki, partikula terminoa kasu hauetan izen ezegokia da. Partikula azpiatomikoen fisika mekanika kuantikoak gobernatzen du eta beraz, gorputz hauek uhin-partikula bitasuna erakusten dute, hau da, saiakuntza batzuetan partikula bezala jokatzen dute eta besteetan uhin bezala (teknikoki Hilbert espazioan dauden egoera bektoreaz deskribatzen dira, eremuen teoria kuantikoak azaltzen duen bezala). Fisikariek "funtsezko partikula" terminoa erabiltzen dutenean partikula hauek uhin bezala jokatu dezaketela jakinda egiten dute.

Partikulen fisika zientziaren filosofian eragin handia du; hainbat partikula zientzilari erredukzionismora atxikitzen dira, fisika eta filosofia nahazten hasten diren eremuan.

Eredu estandarra

Artikulu nagusia: «eredu estandarra»

Gaur egun partikula azpiatomikoak eredu estandarra jarraituz sailkatzen dira. Eredu honek funtsezkoak diren indar nuklear sendo, ahula eta elektromagnetismoa deskribatzen ditu bosoien elkarrekintzak horretarako erabiliz. Bosoi neurgailu hauek gluoiak dira, W^- and W⁺ eta Z bosoiak, bai eta fotoiak ere. Ereduak beste 24 funtsezko partikula ditu, materia osatzen dutenak.

Eredu estandarrak aurkitzeke dagoen Higgs bosoiaren existentzia aurresaten du. Txantiloi:NA lotura