חלקיק יסודי

חלקיק יסודי או חלקיק אלמנטרי הוא חלקיק שאינו מורכב מחלקיקים אחרים.

האטום מורכב מאלקטרונים, פרוטונים ונייטרונים. הפרוטונים והנייטרונים עצמם עשויים מקווארקים (חלקיקים יסודיים). חקר החלקיקים היסודיים מנסה להבין את מבנה החומר. אומדים שיש ביקום הנראה פחות מ-1087 חלקיקים יסודיים בודדים.

המודל הסטנדרטי הוא התיאוריה המרכזית בפיזיקת החלקיקים. הוא כולל 12 פרמיונים (חלקיקי חומר; פרמיון הוא חלקיק עם ספין חצי) ו-12 בוזונים (חלקיקי קרינה; בוזון הוא חלקיק עם ספין שלם). יש גם אנטי-חלקיקים מתאימים. המודל מצליח להסביר הרבה תופעות, אך אינו משלב את כבידת איינשטיין במלואה. לכן סביר שיש חלקיקים נוספים שלא מתוארים בו, למשל הגרביטון, החלקיק שעתיד לשאת את כוח הכבידה.

הפרמיונים מחולקים לשלושה דורות, בכל דור ארבעה חלקיקים. שישה מהם הם קווארקים ושישה הם לפטונים. הלפטונים כוללים שלושה נייטרינו (חלקיקים קלי־מסה) ושלושה חלקיקים בעלי מטען שלילי: האלקטרון, המיואון והטאו.

לכל פרמיון במודל יש אנטי-חלקיק מקביל. לאנטי-לפטון יש מטען הפוך, למשל הפוזיטרון הוא האנטי-חלקיק של האלקטרון ומטענו +1.

קווארקים לעולם לא נצפים לבד. הם נצמדים זה לזה בגלל מטען צבע (מאפיין דמוי מטען של הכוח החזק). אפשר לשלב קווארק ואנטי-קווארק לייצר מזון (מעין מצב ביניהם), או לחבר שלושה קווארקים לייצר באריון (כמו פרוטון או נייטרון). שלושה צבעים שונים יחד יוצרים מצב נייטרלי מבחינת הצבע.

שמונה מבין הבוזונים הם גלואונים. גלואונים נושאים את הכוח הגרעיני החזק ומעבירים את מטען הצבע בין קווארקים.

מתוך ארבעת הבוזונים הנותרים, שלושה הם בוזוני W ו-Z שנושאים את הכוח החלש. הבוזון הרביעי הוא הפוטון, נושא הכוח האלקטרומגנטי.

התאוריה מציעה ששני הכוחות, החלש והאלקטרומגנטי, מתאחדים באנרגיות גבוהות. בוזון היגס מסביר מדוע הבוזונים החלשים כבדי מסה בעוד שהפוטון חסר מסה. תהליך זה נקרא שבירת סימטריה ספונטנית.

תיאוריה נפוצה להרחבה נקראת סופר-סימטריה. היא מנבאת חלקיקי-על (סחלקיקים) שמקבילים לכל חלקיק רגיל אך עם ספין שונה. סחלקיקים יהיו כבדים יותר, ואם קיימים ייתכן שיש צורך במאיץ מאוד אנרגטי כדי ליצורם, למשל ה-LHC.

תורת המיתרים מציעה שכל חלקיק יסודי הוא צורת רטט של מיתר בסיסי. הבדלים ברטט יוצרים סוגים שונים של חלקיקים. תיאוריה זו גם מנבאת גרביטונים, אך עד כה אין ראיות ניסיוניות ברורות להם.

חלקיק יסודי הוא חלקיק שלא ניתן לפוצץ אותו לחלקיקים קטנים יותר.

אטום בנוי מאלקטרון, פרוטון ונייטרון. פרוטון ונייטרון בנויים מקווארקים. קווארק הוא חלקיק קטן מאוד.

המודל הסטנדרטי מסביר את רוב החלקיקים. יש בו שני סוגים עיקריים: פרמיונים (חלקיקי חומר) ובוזונים (חלקיקי כוח). המודל טוב, אבל לא מסביר את הכבידה של איינשטיין.

יש 12 פרמיונים. חלקם קווארקים וחלקם לפטונים. בלפטונים יש אלקטרון ושלושה נייטרינו (נייטרינו הוא חלקיק קל מאוד).

לכל חלקיק יש אח תאום שנקרא אנטי-חלקיק. לפוזיטרון יש מטען חיובי, והוא האח של האלקטרון.

קווארקים לא מופיעים לבד. הם מתחברים יחד. שלושה קווארקים יוצרים פרוטון או נייטרון. יש להם "צבע" מיוחד שאינו צבע אמיתי, אלא תכונה של הכוח החזק.

גלואונים הם חלקיקי כוח שמחזיקים את הקווארקים יחד. הם מעבירים את הכוח החזק.

יש בוזוני W ו-Z שאחראים על הכוח החלש. הפוטון הוא החלקיק של האור והכוח האלקטרומגנטי.

בוזון היגס מסביר למה חלק מהחלקיקים כבדים ולא חסרי מסה. זה קשור לשינוי שנקרא שבירת סימטריה.

סופר-סימטריה אומרת שלכל חלקיק רגיל יש אח גדול בשם סחלקיק. הם כבדים יותר, ואם יש להם זיהוי צריך מאיץ חזק מאוד.

תורת המיתרים אומרת שכל חלקיק הוא מיתר רוטט. רטטים שונים נותנים חלקיקים שונים. תיאוריה זו גם מדברת על גרביטון, חלקיק לכוח הכבידה, אך טרם נמצאו ראיות לו.