hiukkasfysiikan standardimalli sisältää 12 makua alkeisfermioneista ja niiden vastaavista antihiukkasista sekä alkeisbosoneista, jotka välittävät voimia, sekä Higgsin bosonista, joka raportoitiin 4.heinäkuuta 2012 kahden Large Hadron Colliderin pääkokeessa (ATLAS ja CMS) todennäköisesti havaituksi.(pp1-3) standardimallia pidetään kuitenkin yleisesti pikemminkin väliaikaisena kuin todella perustavanlaatuisena teoriana, koska ei tiedetä, onko se yhteensopiva Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian kanssa. On olemassa hypoteettisia alkeishiukkasia, joita standardimalli ei kuvaa, kuten gravitoni, joka kantaisi gravitaatiovoimaa, ja sparticles, tavallisten hiukkasten supersymmetriset partnerit.

Fundamental fermionsEdit

12 fermionia on jaettu 3 sukupolveen, joissa kussakin on 4 hiukkasta. Puolet fermioneista on leptoneja, joista kolmella on sähkövaraus -1 eli elektroni (
e−
), muoni (
μ−
) ja tau (
τ−
); muut kolme leptonia ovat neutriinoja (
ν
e,
ν
μ,
τ), jotka ovat ainoita alkeisfermioneja, joilla ei ole sähkö-eikä värivarausta. Loput kuusi hiukkasta ovat kvarkkeja (käsitellään jäljempänä).

GenerationsEdit

MassEdit

The following table lists kaikkien fermionien mitatut massat ja massan estimaatit käyttäen samaa mitta-asteikkoa: miljoonia elektronivoltteja suhteessa valon nopeuden neliöön (MeV / c2). Esimerkiksi tarkimmin tunnettu kvarkin massa on ylimmän kvarkin (
t
) kohdalla 172,7 GeV/C2 tai 172 700 MeV/C2, joka on arvioitu on-shell-järjestelmän avulla.

Estimates of the values of quark masses depend on the version of quantum chromodynamics used kuvailla kvarkkien vuorovaikutusta. Kvarkit ovat aina suljettuina gluonien kuoreen, joka antaa huomattavasti suuremman massan niille mesoneille ja baryoneille, joissa kvarkkeja esiintyy, joten kvarkkimassojen arvoja ei voida mitata suoraan. Koska niiden massat ovat niin pieniä verrattuna ympäröivien gluonien efektiiviseen massaan, pienet erot laskennassa tekevät massoissa suuria eroja.

Antiparticleedit

on myös 12 fermionista antihiukkasta, jotka vastaavat näitä 12 hiukkasta. Esimerkiksi antielektron (positroni)
e +
on elektronin antihiukkanen ja sen sähkövaraus on +1.

QuarksEdit

eristettyjä kvarkkeja ja antikvarkkeja ei ole koskaan havaittu, mikä selittyy eristämisellä. Jokaisessa kvarkissa on yksi kolmesta voimakkaan vuorovaikutuksen värilatauksesta; antikvarkissa on vastaavasti antikolori. Värivaratut hiukkaset vuorovaikuttavat gluoninvaihdon kautta samalla tavalla kuin varatut hiukkaset vuorovaikuttavat fotoninvaihdon kautta. Gluonit ovat kuitenkin itsessään värivarattuja, jolloin voimakas voima vahvistuu värivarattujen hiukkasten erotessa toisistaan. Toisin kuin sähkömagneettinen voima, joka vähenee varattujen hiukkasten erottuessa toisistaan, värivaratut hiukkaset tuntevat kasvavaa voimaa.

värivaratut hiukkaset voivat kuitenkin yhdistyä muodostaen värineutraaleja komposiittihiukkasia, joita kutsutaan hadroneiksi. Kvarkki voi pariutua antikvarkin kanssa: kvarkilla on väri ja antikvarkilla vastaava antikolori. Väri ja antikolori kumoavat muodostaen värineutraalin mesonin. Vaihtoehtoisesti kolme kvarkkia voi olla olemassa yhdessä siten, että yksi kvarkki on ”punainen”, toinen ”sininen”, toinen ”vihreä”. Nämä kolme värillistä kvarkkia muodostavat yhdessä värineutraalin baryonin. Symmetrisesti kolme antikvarkkia, joiden värit ovat” antired”,” antiblue ”ja” antivihreä”, voivat muodostaa värineutraalin antibaryonin.

Kvarkeilla on myös murto-osaisia sähkövarauksia, mutta koska ne rajoittuvat hadroneihin, joiden varaukset ovat kaikki integraalisia, murtolatauksia ei ole koskaan eristetty. Huomaa, että kvarkkien sähkövaraukset ovat joko +2⁄3 tai -1⁄3, kun taas antikvarkkien vastaavat sähkövaraukset ovat joko -2⁄3 tai +1⁄3.

todisteet kvarkkien olemassaolosta tulevat syvästä epäelastisesta sironnasta: ampumalla elektroneja ytimiin määrittääkseen varauksen jakautumisen nukleonien sisällä (jotka ovat baryoneja). Jos varaus on yhtenäinen, protonia ympäröivän Sähkökentän tulisi olla yhtenäinen ja elektronin hajota elastisesti. Matalaenergiset elektronit hajoavat tällä tavalla, mutta tietyn energian yläpuolella protonit harhauttavat joitakin elektroneja suurten kulmien kautta. Rekyylielektronilla on paljon vähemmän energiaa ja hiukkassuihku purkautuu. Tämä epäelastinen sironta viittaa siihen, että protonin varaus ei ole yhtenäinen vaan jakaantuu pienempiin varautuneisiin hiukkasiin: kvarkkeihin.

Perusbosonsedit

standardimallissa vektorin (spin-1) bosonit (gluonit, fotonit sekä W-ja Z-bosonit) välittävät voimia, kun taas Higgsin bosoni (spin-0) vastaa hiukkasten sisäisestä massasta. Bosonit eroavat fermioneista siinä, että useat bosonit voivat miehittää saman kvanttitilan (Paulin poissulkuperiaate). Lisäksi bosonit voivat olla joko alkeeneja, kuten fotonit, tai yhdistelmiä, kuten mesonit. Bosonien spin ovat kokonaislukuja puoliluvun sijaan.

GluonsEdit

gluonit välittävät voimakasta vuorovaikutusta, jotka yhtyvät kvarkkeihin ja muodostavat siten hadroneja, jotka ovat joko baryoneja (kolme kvarkkia) tai mesoneja (yksi kvarkki ja yksi antikvarkki). Protonit ja neutronit ovat baryoneja, joihin gluonit ovat liittyneet muodostaen atomiytimen. Kvarkkien tavoin gluoneissa esiintyy väriä ja antikoloria – jotka eivät liity visuaalisen värin käsitteeseen ja pikemminkin hiukkasten voimakkaisiin vuorovaikutuksiin – joskus yhdistelminä, yhteensä kahdeksana gluonien muunnelmana.

Elektroweak bosonsEdit

on kolme heikkoa raideleveyttä bosonia: W+, W-ja Z0; nämä välittävät heikkoa vuorovaikutusta. W-bosonit tunnetaan välittäjänä ydinhajoamisessa: W− muuttaa neutronin protoniksi ja hajoaa sitten elektroni-antineutriinipariksi.Z0 ei muuta hiukkasten makua tai varauksia, vaan muuttaa vauhtia; se on ainoa mekanismi elastisesti sirottaville neutriinoille. Heikot mittabosonit löydettiin neutriino-Z-vaihdon elektronien liikemäärän muutoksen vuoksi. Massaton fotoni välittää sähkömagneettista vuorovaikutusta. Nämä nelimittaiset bosonit muodostavat alkeishiukkasten elektroweak-vuorovaikutuksen.

Higgsin bosonEdit

vaikka heikot ja sähkömagneettiset voimat näyttävät meille aivan erilaisilta jokapäiväisissä energioissa, näiden kahden voiman teoretisoidaan yhdistyvän yhdeksi sähköheikkoksi voimaksi suurilla energioilla. Tämä ennustus vahvistettiin selvästi mittaamalla poikkileikkauksia suurienergiaisen elektroni-protoni-sironnan varalta hera-törmäyttimessä DESYSSÄ. Matalien energioiden erot ovat seurausta W-ja Z-bosonien suurista massoista, jotka puolestaan ovat seurausta Higgsin mekanismista. Spontaanin symmetriaromahduksen kautta Higgs valitsee sähköheikkoavaruudessa erikoissuunnan, joka saa kolme sähköheikkohiukkasta tulemaan hyvin raskaiksi (heikot bosonit) ja yhden jäämään määrittelemättömään lepomassaan, koska se on aina liikkeessä (fotoni). 4. heinäkuuta 2012 Higgsin bosonin ilmoitettiin löytyneen Cernin Large Hadron Colliderista etsittyään vuosia kokeellisesti todisteita sen olemassaolosta. Peter Higgs, joka ensimmäisenä esitti Higgsin bosonin olemassaolon, oli läsnä julkistustilaisuudessa. Higgsin bosonin massan uskotaan olevan noin 125 GeV. Löydön tilastolliseksi merkitsevyydeksi ilmoitettiin 5 sigma, mikä tarkoittaa noin 99,99994 prosentin varmuutta. Hiukkasfysiikassa tämä on se merkittävyystaso, joka vaaditaan kokeellisten havaintojen virallisesti merkitsemiseksi löydöksi. Vasta löydetyn hiukkasen ominaisuuksien tutkimus jatkuu.

Gravitaatiomitali

gravitaatio on hypoteettinen alkeishiukkanen, jota on ehdotettu gravitaation välittäjäksi. Vaikka sitä ei löydetä sen havaitsemiseen liittyvän vaikeuden vuoksi, se sisältyy joskus alkeishiukkasten taulukoihin.(pp1–3) tavanomainen gravitoni on massaton, vaikka on olemassa malleja, jotka sisältävät massiivisia Kaluza–Kleinin gravitoneja.