„Részecskecsaládok” változatai közötti eltérés

!Első család !! második család !!harmadik család !! töltés ([[elemi töltésegység|e]])

|-----

| 2/3

|-----

| -1/3

|-----

| -1

|-----

|0

|}

 

Habár csak [[1963]]-ban merült fel, hogy a [[hadron]]ok kvarkokból állnak, és [[1970]]-ben a [[GIM-mechanizmus]] kidolgozásakor – ami rámutatott arra, hogy az [[elektrogyenge elmélet]]et akkor lehet a [[mértékanomália|mértékanomáliától]] megszabadítani, ha a leptonok és kvarkok száma azonos –, hogy a részecskék családokba sorolhatóak, már jóval korábban ismertek voltak második-harmadik családbeli leptonok illetve olyan részecskék, amelyek második-harmadik családbeli kvarkokat tartalmaznak.

 

[[1937]]-ben [[Carl David Anderson]] felfedezte a [[müon]]t a [[kozmikus sugárzás]]ban, a tömege 200-szorosa az elektronénak, más szempontokból viszont (töltése) hasonlított rá. Ez volt az elsőnek felfedezett részecske a második családból, egy lepton. [[1962]]-ben a [[Leon Lederman|Lederman]] által vezetett [[kétneutrínó-kísérlet]]ben derült ki, hogy nem egyféle neutrínó létezik, hanem egy olyan, ami az elektronhoz, és egy olyan, amely a müonhoz társítható. A legnehezebb leptont, a [[tau-lepton]]t csak 1975-ben fedezte fel [[Martin Perl|Perl]].

 

A második és harmadik részecskecsaládhoz tartozó [[kvark]]ok létrejöttéhez nagyobb energiára van szükség, mint az elsőhöz tartozók esetében, ezért sokáig nem találtak ilyeneket tartalmazó részecskéket. A legkisebb tömegű kvark a két családban az s-kvark (strange quark, strange = ritka), az első ilyen kvarkot tartalmazó részecskét, a [[kaon]]okat [[1947]]-ben fedezték fel. A táblázat csak [[1995]]-ben lett teljes a legnehezebb kvark a t-kvark (top quark) felfedezésével.

 

 

Az egymást követő családokat egyre később találták meg, mivel azok egyre nagyobb tömegű részecskéket tartalmaznak, amelyek előállításához egyre nagyobb energiára kell a részecskéket gyorsítani. Felmerül a kérdés, hogy nincs-e még nehezebb elemekből álló negyedik generáció. Két független mérés azt mutatja viszont, hogy pontosan három részecskecsalád létezik.

A modern elméleti részecskefizika egyik nagy nyitott kérdése, hogy miért pont három család van, és miért vannak egyáltalán családok.

 

A [[CERN]] ''nagy elektron-pozitron gyorsítógyűrű''jének, a [[LEP]]-nek méréseinek első időszakában a [[W- és Z-bozonok|Z-bozon]] bomlását vizsgálták. Az annál gyorsabban bomlik el, mennél többféle lehetősége van. Mennél többféle neutrínó létezik, annál többféle módon bomolhat, annál gyorsabban bomlik. A LEP méréseiben az összeütközö elektronok és [[pozitron]]ok energiája eleinte a Z-bozon [[tömeg-energia ekvivalencia|nyugalmi tömegének megfelelő energia]] környékén voltak: a [[határozatlansági reláció]] miatt már akkor is létrejöhet a Z-bozon, amikor az összenergia még kisebb, mint a Z-bozon tömegnek megfelelő. Az energia növelésével a Z-bozon létrejötte, és ezzel együtt a kölcsönhatás valószínűsége ([[hatáskeresztmetszet]]e) is megnövekszik, majd a Z-bozon tömegét elhagyva ismét csökken. Ennek a görbének a félértékszélessége függ a Z-bozon élettartamától. A félértékszélességből kiszámítható a létező (könnyű)neutrínók száma. Ha a negyedik generáció neutrínója jelentősen nehezebb lenne a Z-bozonnál, akkor a mérés hamis eredménnyel szolgálna, erre azonban a három család neutrínóinak rendkívül kicsi tömege alapján kicsi az esély. A LEP a működése során rengeteg Z-bomlást vizsgált, amelyből a [[standard modell]] alapján végzett számításokból a könnyű neutrínók számára N=2,994±0,012 értéket kaptak.

 

A [[CERN]]-es méréstől függetlenül a [[világegyetem]] anyagösszetételéből is kiszámítható a részecskecsaládok száma. Kezdetben ugyanis a protonok és neutronok száma megegyező. Meddig van ez így? A tömegkülönbségüknek [[tömeg-energia ekvivalencia|megfelelő energia]] 1,293 MeV. Ha ennél jóval nagyobb a részecskék egy szabadsági fokra jutó energiája, akkor a leptonokkal ütközve minkét irányú átalakulás előfordul. A [[Maxwell-Boltzmann-eloszlás|Maxwell–Boltzmann-eloszlásból]] kiszámítható, hogy 100 MeV → 10¹² K esetén még lényegében 1 az arány, a hőmérséklet csökkenésével viszont egyre nagyobb lesz a proton/neutron arány, viszont elkezdődik a könnyű [[nukleoszintézis|atommagok képződése]], melyben a neutronok már nem bomlanak. Az, hogy ez a lehűlés milyen gyorsan megy végbe, és ezáltal a neutronok mekkora része tud elbomlani, függ attól, hányféle lepton van. A világegyetem anyagösszetétele megfigyelhető: a proton/neutron arány 87/13, amelyből levezethető, hogy háromféle leptoncsalád, és ezáltal háromféle részecskecsalád van. Bővebben: [Lovas, 2000, 47-48. old.]

 

*[[Lovas István (akadémikus)|Lovas István]]: Asztrofizika (jegyzet), 2000, elérhető a [http://dtp.science.unideb.hu/hun/jegyzetek.php Debreceni Egyetem ElmFiz honlapjáról]

 

*[[Lovas István (akadémikus)|Lovas István]]: A részecske-családok száma, [[Fizikai Szemle]], 1991. augusztus [http://www.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz9108/tart9108.html]

*[http://www.szgti.bmf.hu/fizika/cern/sajatkezuleg/cern-sk-fiz-szeml6_ieee.pdf Horváth Árpád: Lássuk a részecskéket!], ([[PDF]]) [[Fizikai Szemle]], 2005. augusztus (Benne: Hogyan számolhatjuk ki a részecskecsaládok számát a [http://www.szgti.bmf.hu/fizika/cern-sajatkezuleg CERN sajátkezűleg honlappal], középiskolás tudással megérthető)

[[en:Generation (particle physics)]]

[[cs:Generace (částice)]]

[[es:Generación (física de partículas)]]

[[lt:Karta (dalelių fizikoje)]]