素粒子には、フェルミ粒子とボソンという 2 つの主要なクラスがあります。フェルミ粒子は、半整数スピン (つまり 1/2 の倍数) を持つ粒子です。電子、ミュー粒子、ニュートリノ、クォークはフェルミ粒子です。
フェルミオンは 2 つのファミリーに分類されます。
- レプトンは強い相互作用を受けません。
- クォークは自然界のあらゆる相互作用の影響を受けます。
他のフェルミオンはすべて化合物です。
レプトン
レプトン族では、次のことがわかっています。
- 電子: この安定した粒子は適度な質量を持ち、陽子の質量のほぼ 1,836 分の 1 であり、負の電荷e- を持っています。
- ミューオン: この不安定な粒子は電子と同じ電荷を持ち、後者の 210 倍の質量があります。独自の装置に任せると、ミューオンは弱い相互作用によって 2.197 × 10 -6秒で崩壊し、その場所に電子、μニュートリノ、反ニュートリノが残ります。
- タウオン: この非常に不安定な粒子も電子と同じ電荷を持ちますが、その質量は 3,500 倍大きくなります。それは 10 -13秒で崩壊し、その場所に τ ニュートリノと反ニュートリノが残ります。
- ニュートリノ: フェルミ粒子の中で最も軽いもの。それは弱い電荷しか持っていません（電子も電荷を持っています）。物質との相互作用はほとんどありません。ニュートリノには次の 3 種類があります。
- μニュートリノ（ミューオンの崩壊中に放出される）。
- 電子ニュートリノ e (中性子から陽子へのβ崩壊変換中に放出される)。
- τ ニュートリノ(タウオンの崩壊中に放出される)。
- これら 3 種類のニュートリノは、質量が適度であるため (μ ニュートリノと τ ニュートリノの質量は電子の質量よりもはるかに小さい)、安定しています。ニュートリノはおそらく宇宙で最も豊富な粒子です。
クオーク
クォーク族には、ダウンクォーク(d)、アップクォーク (u)、ストレンジクォーク (s)、および実験室で生成される他の 3 つの 6 つの代表的なクォークがあります。クォークは三重項で結合して陽子 (u、u、d) と中性子 (d、d、u) を形成します。それらの質量はさまざまですが、いずれの場合も電子の質量よりもはるかに大きくなります。彼らは、強い相互作用、つまり最も重要な相互作用にさらされる色電荷を持っています。
パウリの排除原理
1925 年にヴォルフガング・パウリによって定式化されたパウリの排他原理は、2 つのフェルミ粒子が同じ量子状態の同じ場所に存在することを禁止しています。
したがって、原子内ではすべての電子は異なる量子数を持ち、これは他のすべてのフェルミオン系にも当てはまります…
フェルミオンの性質
量子スケールでは、フェルミオンは二重の性質を持っています。つまり、フェルミ粒子は粒子のように振る舞うことができますが、波のように振る舞うこともできます。
巨視的スケールでは、フェルミ粒子はすべて粒子として見えます。これは、電子、ミュー粒子、その他すべてのフェルミ粒子に当てはまります…
また、すべてのフェルミ粒子が何らかの電荷を持っていることにも気づきました。ニュートリノは弱い電荷を持ち、電子はさらに電荷を持ち、天然クォーク (実験室では得られません) は電荷と弱い電荷の両方を持ちます。強い相互作用を受ける色の電荷。
最後に、ボソンが相互作用のベクトルになり得るとしても、フェルミオンには決して当てはまりません…
概要表:
| 充電 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 安定した | 下 | 上 | 電子 | 電子ニュートリノ | プロトン | ||||
| 不安定な | 奇妙な 美しさ | チャームド〜魔女3姉妹 トップ | ミュオン タウオン | ミューニュートリノ タウニックニュートリノ | 中性子 | シグマ- クシー – オメガ – | シグマ0 クシ 0 ラムダ0 | シグマ+ ラムダ+ | |
