Rad iz fizike na temu :

Rad iz fizike na temu :

Elementarne estice i kvarkovi

SADRAJ:1. Elementarne estice..............................................................................................32. Elektronski omota................................................................................................43. Klasifikacija elementarnih estica..........................................................................64. estice i antiestice.............................................................................................105. Kvarkovska struktrura estica..............................................................................115.1. Spin i izospinska struktura...........................................................................115.2. Neutrino.......................................................................................................115.3. Barioni, mezoni i kvarkovi............................................................................125.4. Raspad protona i leptoni..............................................................................146. Boja kvarkova- novi kvantni broj..........................................................................156.1. Izmjena Paulijevog naela............................................................................156.2. Hadroni su bijele estice...............................................................................156.3. Otkrie gluona...............................................................................................166.4. Ogranienje kvarkova....................................................................................177. udnost- novi kvantni broj....................................................................................187.1. udni kvark....................................................................................................187.2. udni barioni..................................................................................................197.3. udni mezoni.................................................................................................208. estice sa armom...............................................................................................219. Jako meudjelovanje i struktura kvarkova............................................................239.1. Slabo meudjelovanje leptona i kvarkova......................................................249.2. Jedinstvena teorija slabog i el.magnetskog meudjelovanja.........................2510. Kvarkovi kromoelektrine sile................................................................................2611. Kromomagnetske sile............................................................................................2812. Leptonsko kvarkovske obitelji...............................................................................29

1. ELEMENTARNE ESTICEJedno od temeljnih pitanja moderne fizike je pronalaenje odgovora na pitanje Od ega je Svemir izgraen?. Obino se to pitanje moe svesti na pitanje to je to materija i to je dri zajedno?. Ovo pitanje nastavlja linijom koju su zapoeli Demokrit, Dalton i Rutheford.Moderna fizika govori o temeljnim gradivnim blokovima prirode, gdje pojam temeljan uzima znaenje neeg jednostavnog i bez strukture. Mnoge estice koje smo ine se jednostavnima s obzirom na njihova svojstva. Svi elektroni iskazuju tono odreene karakteristike (masa, naboj..) prema tome elektron nazivamo temeljnom esticom. Potraga za porijeklom tvari podrazumijeva razumijevanje elementarnih estica. Uz pomo principa holizma, razumijevanje elementarnih estica zahtjeva ne samo razumijevanje njihovih karateristika ve i njihovog meusobnog odnosa (interakcije) i odnosa prema silama u prirodi, to podruje fizike nazivamo fizikom elementarnih estica.Istraivanje estica je istovremeno pria o naprednoj tehnologiji i zapoinje sa potragom za primarnom tvorevinom (elementarnim djelom). Dosada je otkriveno vie od 200 subatomskih estica, sve one su otkrivene koritenjem sofisticiranih akceleratora estica. Ipak, veina tih estica nije primarna (temeljna), veina se sastoji od drugih, jednostavnijih estica. Na primjer, Rutheford je pokazao da se atom sastoji od jezgre i elektorna koji krue oko jezgre. Fiziari su kasnije pokazali da se jezgra sastoji od neutrona i protona. Novija istraivanja pokazuju da se protoni i neutroni sastoje od kvarkova. Prve nove elementarne estice su otkrivene zahvaljujui kosmikim zrakama. Kosmike zrake su struje estica visoke energije, vee od 1 GeV, koje u svim pravcima dolaze iz Kosmosa na Zemlju. Broj estica koje svake sekunde dolaze na jedan kvadratni metar je oko 10 000. Pimarne kosmike zrake najveim dijelom ine protoni, -estice i jezgra lakih elemenata. Kada stignu do Zemljine atmosfere, sudaraju se sa jezgrima atoma duika N i kisika O i stvaraju struje novih estica, koje se nazivaju sekundarne kosmike zrake. U sekundarnim kozmikim zrakama prvi put je otkriven pozitron e+. Pozitron je elementarna estica, pos vim osobinama identina elektronu, osim po elektrinom naboju koji je suprotan naboju elektrona. Kae se da je pozitron antiestica elektrona. 1936. godine su pronaene estice ija je masa 207 puta vea od mase elktrona. estice su nazvane mezoni, ije je dananje ime mioni . Tek 1947. Godine u sekundarnom kosmikom zraenju su otkrivene estice koje imaju masu 273 puta veu od mase elektrona, tzv mezoni.U pedesetim godinama je otkrivena nova klasa mezona, koji su nazvani K-mezoni kao i estice ija masa premauje masu nukleona, koje su nazvane hiperoni.2. ELEKTRONSKI OMOTA

U najjednostavnijem modelu atoma postoji jedna potekoa. Elektriki nabijeni objekt koji se giba po krunoj stazi stvara elektromagnetsko zraenje. Elektron bi stalno gubio energiju,koja bi se oduzimala od energije gibanja po stazi. Jako brzo elektron bi se uruio na jezgru, pa niti jedan atom ne bi bio stabilan. Rjeenje ovog problema daje kvantna teorija. Ona kae da se elektroni smiju gibati samo po tono utvrenim stazama (tzv. stacionarnim stanjima). Kada se elektron giba po takvim stazama ne gubi energiju. Moguih stacionarnih staza ima beskonano mnogo i elektroni mogu prelaziti iz jedne u drugu uz dodavanje ili oduzimanje tano odreene energije. Ipak postoje odreena pravila po kojima se to odvija, pa elektroni ne mogu nekontrolirano prelaziti iz jedne staze u drugu. Ovo pravilo zove se Paulijevo naelo (nazvano po fiziaru Wolfgangu Pauliju, tvorcu te ideje). Pauli je odredio kvantne brojeve kao obiljeja elektrona. To su: glavni kvantni broj broj radijalnih vorova valne funkcije (n = 1, 2, 3, ..., n), orbitalni kvantni broj - kutna koliina gibanja (l = 0, 1, 2, ..., n . 1), magnetni orbitalni kvantni broj (ml = -l, -l + 1, -1, 0, 1 ) i magnetni spinski kvantni broj (ms +1/2, -1/2). Naelo kae da dva elektrona ne smiju imati iste kvantne brojeve. Posljednji broj oznaava spin elektrona, to se moe otprilike shvatiti kao vrtnja oko vlastite ose. Ako se razmotri struktura jednog objekta koji se sastoji od elektrona i pozitrona pozitronij, pozitronij je donekle slian vodikovom atomu, ali postoji izmeu njih bitna razlika. Mase elektrona i pozitrona su jednake, pa se elektron giba oko pozitrona isto kao i pozitron oko elektrona. Razlika je i u vremenu ivota. Pozitronij ivi manje od jedne milijuntnine sekunde.Razlog je taj to se sastoji od jedne estice i jedne antiestice koje se meusobno anihiliraju.

Pozitronij moe biti parapozitronij (kada su spinovi postavljeni u suprotnim smjerovima) ili ortopozitronij (kada su spinovi postavljeni u istom smjeru).

Ta dva tipa pozitronija se razlikuju po produktu anihilacije. Naime, anihilacijom parapozitronija nastaju dva fotonska kvanta, dok kod ortopozitronija nastaje jedan vie.Pozitronij je primjer odnosa materije i antimaterije. estice antimaterije (antiestice) i materije imaju istu masu, spin, prosjeno vrijeme trajanja i shemu raspada. Suprotni su im naboj, magnetski moment koliine gibanja, barionski broj, leptonski broj i stranost.Antimaterija se moe proizvoditi u akceleratorima, ali ona brzo reagira sa materijom,prelazei u energiju. Ipak, nije iskljuena mogunost da negdje u svemiru postoje veekoliine antimaterije.

3. KLASIFIKACIJA ELEMENTARNIH ESTICA

Porast broja elementarnih estica nametnuo je potrebu njihove klasifikacije. U prvim pokuajama klasifikacija je izvrena po masi na : lahke, srednje i teke estice. Odgovarajui termini za ove klase elementarnih estica su : LEPTONI (gr.leptos- sitan, lagan) MEZONI (gr.mezos- srednji) BARIONI (gr.baros- teak ).Kasnije su otkriveni leptoni koji imaju masu veu od nekih bariona, pa je postalo jasno da ih se mora klasificirati po nekim drugim osobinama. Danas se estice dijele po nainu sudjelovanja u osnovnim meudjelovanjima.Leptoni su estice sa spinom koje ne uestvuju u jakom meudjelovanju. Tu grupu ini 6 estica: elektron e, mion , taon , elektronski neutrino ve, mionski neutrino v i taonski neutrino v.

Leptone karakterizira zakon o ouvanju leptonskog broja - zbir leptona (leptonski broj 1) i antileptona (leptonski broj -1), koji ulaze u reakciju, jednak je broju leptona koji iz nje izlaze.

Elektron-stabilna elementarna estica sa negativnim elektrinim nabojom .Elektroni su negativno naelektrisani dijelovi atoma. Naziv je dao 1891 god. Donston Stone.Elektronski neutrino-stabilna elementarna estica bez elektrinog naboja i sa jednom beznaajnom malom masom. Elektron-neutrino (ili anti-elektronski- neutrino) proizvodi se prilikom radioaktivnog raspada neutrona, pri emu se ujedno formiraju proton i elektron. Produkcija ide uvijek uporedo sa produkcijom elektrona, otuda i ime elektronski-neutrino.Mion-nestabilna elementarna estica koja u svakom vidu lii na elektron, ali je 200 puta tea. Mion je pronaen 1936 godine u (sekundarnom) kosmikom zraenju.Mionski-neutrino-nestabilna elementarna estica bez elektrinog naboja i vjerovatno bez mase. Mion-neutrino se formira kod radioaktivnog raspadnog procesa pri emu su zastupljeni mioni.Taon-nestabilna elementarna estica koja u svakom vidu lii na elektron, ali je 3500 puta tea. Taon je otkriven 1977 godine.Taonski-neutrino-nestabilna elementarna estica bez elektrinog naboja i vjerovatno bez mase. Taonski-neutrino se formira kod radioaktivnog raspadnog procesa pri emu su zastupljeni taoni.

estice koje uestvuju u jakom meudjelovanju nazivaju se hadroni (gr. hadros- jak, moan ). Dijele se na mezone sa spinom 0,1,2... i barione sa spinom , 3/2, 5/2... Najznaajniji mezoni su : - mezoni (pioni), o- mezon (eta), K- mezoni (kaoni), D+ (teki) mezon, neutralni D0 mezon, F+ mezon. Postojanje mezona predvidio je Hideki Yukawa kako bi objasnio silu privlaenja izmeu protona i neutrona. Otkriem miona se smatralo da je to traeni mezon, dok nije utvreno da na njega ne djeluje jaka nuklearna sila, pa je to lepton.Prvi otkriveni mezon bio je pion.

Barioni se dijele na nukleone i hiperone. Masa hiperona je vea od mase nukleona. Nukleoni su proton i neutron. U hiperone spadaju 0 hiperon (lambda), +, 0 , - hiperon (eta), 0, - hiperon (ksi), - hiperon ( omega), +, - hiperon (lambda)

Broj mezona i bariona znatno poveavaju elementarne estice nazvane rezonance, koje nastaju u odreenim interakcijama, pri odreenim uvjetima i postoje veoma kratko vrijeme ( vrijeme ivota rezonanci jemanje od 10-20 sekundi ).

Od elementarnih estica samo su foton, elektron, sve vrste neutrina i proton stabilne estice, tj. samo se oni ne raspadaju na druge estice. Vrijeme ivota ostalih estisa zavisi od meudjelovanja koje izaziva raspad.Nekoliko karakteristinih procesa raspada : - e- + v + e - - + n p + e- + e

Zakon o odranju barionskog broja- barionski broj B ima vrijednost +1 za barione, -1 za antibarione, dok je za ostale estice jednak nuli. Taj zakon znai da se pri raspadu bariona , uporedo sa drugim esticama uvijek obrazuje i barion. Posljedica ovog zakona je i odranje broja nukleona u nuklearnim reakcijama. U procesima sa hadronima je uoena veliina nazvana stranost S. Nukleoni, elektroni i - mezoni imaju S= 0 , K.mezoni S=+1, hiperoni S= -1. U procesima meudjelovanja estica vrijedi zakon ouvanja stranosti.

4. ESTICE I ANTIESTICEKod transformacije estica pomenute su i antiestice.Naprimjer antiestica elektronu je pozitron, neutrin je antineutrino, protonu antiproton itd.Historija estica je poela 1928. Godine kada je engleski fiziar P.Dirac predvidio da postoji antiestica elektronu.Diracova teorijska predvianja eksperimentalno je potrvrdio ameriki fiziar C. Anderson 1932 godine. On je otkrio ovu antiesticu u sastavu kosmikog zraenja, pomou Wilsonove komore, gdje su se elektron i positron istovremeno pojavili ili ostavili suprotno zakrivljene tragove. Obrazovanje ili kreacija para elektron-pozitron nastaje interakcijom gama fotona dovoljne energije sa snanim nuklearnim poljem u blizini jezgre. Pri tome se gama foton pretvara u par elektron-pozitron premarelaciiji:hv+Kada elektron i positron meudjeluju, pretvore se u 2 gama fotona:+2hvI u sluaju kreacije ali i ahilacijem orabiti zadovoljena Einsteinova relacija o ekvivalenciji mase i energije, E= m. Dalja istraivanja su pokazala da svaka estica ima svoju antiesticu. Stvaranje paraestica-antiestica protie na slian nain kao i stvaranje paraelektron-pozitron. Od energije fotona zavisi koji se par estica-antiestica moe stvoriti. Minimalna energija za stvaranje para jednaka je zbiru energija mirovanja estice i antiestice. Tako je antiproton dobiven ekesperimentalno 1955 godine, a antineutron godinu danakasnije 1956 godine. Antiestice, koje takoer ulaze u sastav elementarnih estica imaju iste vrijednosti mase i spina kao i odgovarajue estice, ali se razlikuju po znaku veliina koje karakteriziraju elektro i magnetnasvojstva. Kod estica i antiestica ove veliine su brojno jednake a suprotne po znaku. Takve veliine karakteriziraju meudjelovanje estica pa su to: elektrini naboj, magnetni momenat, barionski i leptonski broj, stranost itd. Tako se positron koji je jedini meu antiesticama ima posebno ime, razlikuje od elektrona po znaku elektrinogng naboja i leptonskog broja. Antiproton se razlikuje od protona po znakuelektrinog naboja i barionskog broja.Pri sudaru estice i njene antiestice dolazi do anihilacije ili transformacije u elektromagnetno znaenje. Naime nije teko pretpostaviti da bi u svijetu antimaterije umjesto atoma postojali antiatomi, ija bi jezgra bila izgraena od antiprotona i antineutrona a u omotau bi se nalazilipozitroni. Kao to se estica u interakciji sa odgovarajuom esticom anihiliraju uz oslobaanje energije, za oekivati je da bi na isti nain antimaterija integrirala sa materijom5. KVARKOVSKA STRUKTURA ESTICA

5.1 Spin i izospinska simetrija

Spin estice se moe shvatiti kao vrtnja oko vlastite osi. Postoje dva mogua i meusobno suprotna smjera spina. Po iznosu spin je uvijek viekratnik broja 1/2 , gdje je = h/2.Postoje i estice bez spina (spin je 0).Ako poblie razmatramo spektar hadrona, primjeujemo da postoje odreene slinosti izmeu estica. Prva slinost je primjeena izmeu neutrona i protona. Mase su im skoro jednake (neutron je neznatno tei od protona), oba imaju spin 1/2, te barionski broj +1. Prouavajui tu slinost, tridesetih godina 20. st. Werner Heisenberg je pretpostavio da s obzirom na tu slinost, vjerojatno na jednak nain oba nukleona sudjeluju u jakom meudjelovanju. Drugim rijeima jako meudjelovanje je invarijantno na razliku protona i neutrona. Ova invarijantnost je nazvana izospinska simetrija.Kasnije je otkriveno da je izospinska simetrija u prirodi posve dobro zadovoljena. Naime, mnogi hadroni se mogu smjestiti u odreene grupe. Svi pripadnici jedne grupe imaju jednak spin, barionski broj, priblino jednaku masu, a razliite naboje. Osim protona i neutron postoji jo mnogo primjera izospinskih grupa. Na primjer, -mezoni ine izospinski triplet; dolaze u skupini kao +, 0 i .. Postoje i estice koje dolaze same, tj. nemaju svog izospinskog partnera. Dublji razlog za postojanje izospinske strukture je kvarkovska struktura hadrona.

5.2 Neutrino

Neutron je tei od protona te se zato moe raspadati u proton i elektron. Kada bi proton bio tei, raspadao bi se u neutron i pozitron. U tom sluaju vodikov atom ne bi dugo postojao, a organska materija se ne bi mogla razviti. ivot bi bio nemogu. Danas jo uvijek nije jasno zato je neutron tei od protona. ak bi, u vezi sa elektromagnetskim djelovanjem, proton morao biti tei, jer na sebi nosi elektrino polje. (izmeu dvije estice iste vrste nabijena uvijek ima veu masu od neutralne).Prouavajui raspad neutrona (tzv. -raspad; raspad neutrona u proton i elektron), fiziari su primjetili razliku u zbroju energija produkata i reaktanta. Nastao je problem jer ovaj proces nije zadovoljavao zakon o ouvanju energije. Problem je rijeio W. Pauli. On je zakljuio da -raspadom nastaje jo jedan produkt. Novu esticu je nazvao neutrino (). Dakle neutron se raspada u proton, elektron i elektronski neutrino (ili tonije antineutrino).

Neutrini su estice sa vrlo malom masom ili bez mase (to do danas nije rijeeno). Neutrino sudjeluje samo u slabom meudjelovanju dok ostala potpuno ignorira. Zbog toga neutrini bez tekoa mogu prodrijeti kroz vee nakupine tvari (neutrinski snop bez problema prodire kroz Zemlju). Premda neutrini rijetko meudjeluju sa tvarima, te rijetke reakcije pokazale su se izuzetno zanimljivima. Osim neutrina, poslije 1950. otkriven je itav niz novih estica. Te se estice ne javljaju kao sastavni dijelovi materije. Proizvedene u laboratoriju, kratko ive nakon ega se raspadaju u nama poznate estice.

5.3. Barioni, mezoni i kvarkovi

Ve je utvreno da je bitna razlika izmeu svijeta hadrona i leptona u tome to postoji puno vie hadrona nego leptona. Razmotrit e se hadronski spektar. Ve spomenuta izospinska simetrija je posljedica unutarnje kvarkovske strukture hadrona. Kvarkovi se kombiniraju kako bi kreirali temeljne blokove materije, barione i mezone. Barioni su sainjeni od tri kvarka i formiraju protone i neutrone jezgre atoma (takoer i anti-protone i anti-neutrone). Mezoni su sainjeni od parova kvarkova i obino ih nalazimo u kozmikim zrakama. Treba primjetiti da se svi kvarkovi kombiniraju kako bi postigli naboje od -1, 0 ili +1. Danas je poznato da postoji 6 aromata kvarkova Aromat" oznaava samo razliiti tip kvarka. Najjednostavniji par kvarkova koji gradi veliki broj spomenutih hadrona je par up u i down d kvark.Trei kvark se zove strange ili s kvark. Tako je nazvan zbog neobino "dugog" vremena ivota K estice, koja sadri ovaj kvark.etvrti tip kvarka, charm ili c kvark, dobio je ime igrom sluaja. Otkriven je 1974. godine skoro istovremeno u SLAC-u (Stanford Linear Accelerator Center) i u Brukhejven nacionalnoj laboratoriji.Peti kvark je bottom ili b kvark, a esti top ili t kvark. U prolosti su nazivani truth (istina) i beauty (lepota). Bottom ili b kvark je otkriven u Fermilab-u 1977. godine,a t kvark je otkriven posljednji 1995. godine To je najmasivniji kvark i zato je njegovo postajanje predviano vie od 20 godina, dok se nisu stekli uslovi za njegovo otkrie.

Svaki od kvarkova ima i svoje antikvarkove (u i d). Kvark u ima naboj q = 2/3 elementarnog naboja, barionski broj 1/3. d kvark ima naboj q = 1/3 elementarnog naboja, a barionski broj je takoer 1/3.

Mezoni su sustavi jednog kvarka i jednog antikvarka. Svi mezoni prema tome imaju barionski broj 0.

Naboj moe biti 0, +1 ili -1. Tako na primjer, + je sustav du, - je sustav ud, a 0, kao i ostali neutralni mezoni, ima sloeniju strukturu. On je superpozicija vie neutralnih konfiguracija kvarka. Mezoni imaju cjelobrojan spin, a prema smjeru spinova dijele na vektorske (oba spina su jednako usmjerena) i pseudoskalarne (spinovi su suprotno usmjereni). Spinovi tee tomu da budu nezasieni (tj. da su im spinovi suprotno usmjereni). Okretanje jednog od spinova u suprotni smjer zahtjeva dovoenje energije u sustav, to poveava masu sustava. Prema tome vektorski mezoni su tei od svojih pseudoskalarnih partnera. Mezoni graeni od u i d kvarkova su podjeljeni u grupe: -mezoni i -mezoni. -mezoni imaju masu oko 140 MeV, dok -mezoni imaju masu oko 700 MeV. Razlika u masi nastaje samo zbog toga to su - mezoni zapravo vektorski mezoni, a -mezoni su pseudoskalarni.Barioni su sustavi tri kvarka. Svi barioni imaju barionski broj 1, naboj 0, +1 ili -1, te polucijeli spin.Spin bariona moe biti 1/2 ili 3/2. Spin 1/2 nastaje kada dva kvarka imaju spinove u jednom smjeru, a trei kvark ima spin u suprotnom, pa ponitava spin jednog od prva dva. Spin 3/2 nastaje kada sva tri kvarka imaju jednako usmjeren spin.

Barione graene iz u i d takoer moemo podijeliti u dvije grupe. Prva je grupa ve poznati nukleoni: neutron (udd) i proton (uud).

U drugu grupu spadaju -estice. Ovisno o naboju razlikujemo ukupno 4 -estice: - (ddd), 0 (ddu), + (duu) i ++ (uuu). Sve -estice imaju spin 3/2, te analogno mezonima, veu masu od grupe nukleona. Masa tih estica je oko 1230 MeV.

5.4. Raspad protona i leptoni

Svi barioni osim protona su nestabilni. Raspadaju se na proton i estice koje ne sudjeluju u jakom meudjelovanju. Raspad bariona se odvija uz ouvanjebarionskog broja. U reakciji dva bariona, na visokim energijama, mogu nastati nova dvabariona, tri bariona i jedan antibarion, itd. U svakom sluaju, barionski broj na kraju ostaje nepromijenjen.U naelu bi bilo mogue da se proton raspada na pozitron i foton ime je ouvanukupni naboj, ali to naruava zakon o ouvanju barionskog broja.

Prema tome bi se zakljuilo da proton .ivi beskonano dugo. Ipak je ustanovljeno da proton ima prosjeno vrijeme .ivota i ono iznosi otprilike 1030 godina. Time je pokazano da je neouvanje barionskog broja u prirodi sasvim uobiajena pojava. Dakle, proton ne ivi beskonano dugo, ali moe ivjeti due od svemira. Elektron je lepton i tako se ostvaruje zakon o odranju leptonskog broja 6. BOJA KVARKOVA - NOVI KVANTNI BROJ

6.1. Izmjena Paulijevog naela

Budui da u prirodi sve estice zadovoljavaju Paulijevu zabranu, nema razloga vjerovati da ona ne vrijedi za kvarkove. Jednostavan put da se zaobilaenje problema je uvoenje novog kvantnog broja - broja boje.Pretpostavljamo da svaki kvark moe postojati u tri razliita stanja. Ta stanja nazivamo boja kvarka. Postoje ukupno tri boje: crvena, plava i zelena, te anticrvena, antiplava i antizelena.Sve su boje jednako zastupljene. Treba napomenuti da ovo nisu stvarne boje kvarkova, nego je taj pojam uveden radi lakeg razlikovanja. Fiziari su pokuavali odrediti koliko tono ima razliitih boja. Kvarkovi se pojavljuju samo u tri navedene boje. Nije pronaen kvark u nekoj etvrtoj boji.Za razliku od elektromagnetskog naboja koji dolazi u dva tipa (pozitivan i negativan ili juni i sjeverni), promjena boje kvarkova dolazi u tri tipa.

6.2 Hadroni su bijele estice

Hadroni su singleti u boji. Crvena, plava i zelena boja daju bijelu. Takoer bijelu boju daju i boja i njena antiboja. Svi singleti koje tvore kvarkovi moraju biti bijele boje. Hadroni dolaze samo u bijeloj boji, a obojenih estica nema u prirodi.

Barioni dolaze bijeli zbog tri kvarka od kojih je svaki razliite boje. Mezoni imaju trimogunosti. Mogu biti singlet crvena-anticrvena, plava-antiplava ili zelena-antizelena.Boja izmeu kvarkova stvara interakciju slinu kao i naboj. Kvarkovi koji surazliitih boja se meusobno privlae, a kvarkovi iste boje se odbijaju.

6.3 Otkrie gluona

ezdesetih godina vreni su eksperimenti koji su trebali pokazati kakva je raspodjela naboja u protonu. Raspodjela naboja e se pokazati s obzirom na nain prolaska elektrona kroz proton.Elektron je slabomeudjelujua estica, pa nee mijenjati smjer u interakciji sa hadronima.Promjenu smjera moe uzrokovati jedinom interakcija sa nabijenom esticom. Ako bielektron prolazio kroz proton sa malim odstupanjima od poetne staze, to bi znailo da je naboj ravnomjerno rasporeen. Ako bi se dogodile znatne promjene smjera, to bi znailo da je naboj koncentriran u nekoliko toaka u proton. Ishod je pokazao da je taan drugi sluaj.

Elektrini naboj protona je sabran u take. Precizniji eksperimenti su potvrdili da se radi odva naboja 2/3 i jednom naboju . 1/3. Time je potvrena pretpostavka o kvarkovskom sadraju protona.Eksperimentima je mogue odrediti ne samo naboj kvarkova nego i njihov doprinos ukupnom impulsu protona. Zbroj impulsa svih kvarkova trebao bi biti jednak impulsu protona.Ispostavilo se da je ukupan zbroj impulsa kvarkova tek 50% ukupnog impulsa protona.

Dakle, u protonu se nalaze jo neki konstituenti koji nemaju naboj, pa ih elektron nije mogao detektirati. Ovi objekti nazvani su gluoni. Naziv dolazi od engleske rijei glue to znai ljepilo. Gluoni spajaju kvarkove unutar hadrona. Sljedei eksperimenti vreni su sa neutrinima. Neutrini su takoer estice slabog meudjelovanja, pa nee reagirati sa nukleonima. Kada neutrino pogodi kvark, pretvara se u svog leptonskog para (npr. mionski neutrino u mion, elektronski antineutrino u pozitron itd.). U isto vrijeme pogoeni kvark se pretvara u neki drugi (npr. u u d i obrnuto). To je neobina pojava jer su kvarkovi estice jakog meudjelovanja. Izgleda kao da kvarkovi naglo promjene meudjelovanje kada ih pogode neutrini. To se naziva scaling = ponaanje.Teorija kromodinamike potvruje da jako meudjelovanje na visokim energijama ili malim udaljenostima postaje slabo. To se naziva asimptotska sloboda.Kvarkovi na jako malim udaljenostima (manjima od 10-13 cm)se ponaaju kao slobodne estice. Glouni slue kao nosici boja kada su u interakciji sa kvarkovima.

6.4 Ogranienje kvarkovaNe moe postojati neto kao slobodni kvark, tj. kvark sam za sebe. Svaki se kvark mora vezati za drugi kvark ili anti-kvark razmjenom gluona. To nazivamo ogranienjem kvarkova. Razmjena gluona proizvodi polje sile odreene boje, odnosei se pri tome na boju naboja koja je pridruena kvarkovima, slino elektrinom naboju. Polje sile boje je neobino po tome to razdvajanje kvarkova ini polje sile snanijim (za razliku od elektromagnetske ili gravitacijske sile koja slabi sa udaljenosti). Potrebna je sila kako bi se nadvladalo polje sile boje. Ta energija se poveava sve dok ne doe do formiranja novog kvarka i antikvarka (energija je jednaka masi, E=mc2).

Dva nova kvarka se formiraju i veu za prethodna dva kvarka kako bi formirali dva nova mezona. Prema tome, niti jedan kvark nije niti u jednom trenutku u izolaciji. Kvarkovi uvijek putuju u parovima ili trojkama.7. UDNOST NOVI KVANTNI BROJ

U prirodi postoji veliko jedinstvo leptona i kvarkova.U naelu oni se mogu grupirati na slijedei nain:

Ovako zdrueni leptoni i kvarkovi ne ostavljaju mjesta za mion i njegov neutrino. Ali fiziari su previdjeli njegovo postojanje. Za to je morao postojati razlog. Veina podataka koje su fiziari pedesetih godina skupljali o esticama dobivali su iz analize kozmikog zraenja kojeje stalno padalo na Zemlju. Te su estice imale udna svojstva pa su nazvane udne esticePronaena je estica (-hiperon), mase 1116 MeV.

Iznenaujue je bilo to to -estica ivi relativno dugo (10-10 s, za razliku od -estica koje ive 10-24 s). Osim toga, -estice se nikada ne javljaju same nego dolaze u paru sa K-mezonom,mase 495 MeV.Izalo je na vidjelo da postoji jo jedan kvantni broj nazvan udnost .On se moe pridjeliti svakoj estici slino barionskom broju. estice bez udnosti imaju, naravno, udnost 0. estici se pridjeljuje udnost -1. Pretpostavka je da udnost ostaje ouvana u svakom procesu. Zato se proizvodnjom udnih estica iz nukleona uvijek proizvedu dvije estice - jedna sa udnosti +1, a druga -1. Ipak, udnost nije egzaktno ouvana, inae se -estica ne bi mogla raspasti, te bi bila stabilna poput protona.

7.1 udni kvark

esticu identificiramo kao sustav (uds). s je naziv za novi, udni kvark. Elektrini naboj s kvarka je 1/3, ime je on analogan d kvarku. s kvark je neto tei od dkvarka. Neutron moemo pretvoriti u -esticu tako da jedan d kvark pretvorimo u sdodavanjem energije koliko treba da se nadopuni razlika u masi.Uz ovukvarkovsku strukturu, trebale bi jo postojati strukture (uus) i (dds).Te estice bi trebale pripadati istoj grupi s obzirom na izospinsku simetriju.

7.2. udni barioni

Razlikujemo 0 hiperon, koji ima istu strukturu kao i -hiperon. - ima strukturu (dds), a + ima strukturu (uus). Masa -hiperona je oko 1190 MeV. Postoje i antihiperoni 0, - i +. i estice dobijemo zamjenom jednog d kvarka u s. Isto tako moemo zamjeniti i vie od jednog d kvarka. Na primjer zamjenom dva d kvarka u neutronu dobili bi smo esticu (uss). Oekuje se da bi ova estica imala masu veu za otprilike 2 150 MeV. Te su estice naene i nazvane -estice. Mogu postojati samo dvije vrste tih estica: 0 (uss) i - (dss). Obje imaju masu oko 1320 MeV i grade izospinski dublet.-estica ivi otprilike jednako dugo kao i ostale udne estice. se raspada na ili -hiperon i jedan negativni -mezon. i -hiperoni se raspadaju na jedan proton i takoer na jedan negativni -mezon. Zakljuujemo da se u raspadu udnih estica udnost itavog sustava mijenja. -hiperon koji ima udnost -2, raspada se u esticu sa udnosti -1, a ona se raspada u esticu bez udnosti. -estica se ne moe izravno raspasti u proton i -mezon, jer se u raspadu udnost smije promijeniti samo na jedinicu. To se naziva kaskadni raspad.

Moe se primjetiti da estice koje imaju jedan s kvark imaju udnost -1, a one sa dva s kvarka udnost -2. Kada su fiziari definirali udnost, uveli su krivi predznak, jer tada nitko nijeznao za kvarkove. udnost estica trebala je biti 0, 1, ili 2.Prikaz kako izgledaju udne estice sa jednim ili dva s kvarka.One tvore grupu SU(3) koja je oktet. Ta grupa predvia osam razliitih hadrona :

7.3. udni mezoni

Mezoni takoer mogu posjedovati s kvark. Posebitost neutralnih mezona je ta to njihova struktura nije jednostavna kao kod mezona s nabojem. Primjerice, 0 mezon je mjeavina 50% (uu), a 50% (dd). Mezon se sastoji otprilike od 25% (uu), 25% (dd) i 50% (ss), isto kao i mezon. -mezoni imaju masu otprilike 960 MeV. Razlikujemo jo nekoliko udnih mezona: K0 (ds), K0 (sd), K+ (us), K- (su), - (du), + (ud).Uz ove postoje jo i vektorski mezoni sa ovakvim strukturama. Nazivaju se K* (su, sd, us, ds) i (ss). Njihove su mase otprilike 890 MeV, odnosno 1020 MeV. Nain mjeanja kvarkova kod vektorskih mezona je razliit u odnosu na mjeanje pseudo-skalarnih mezona.

8. ESTICE SA ARMOM

Ve je poznata shema koja razmjeta leptone i kvarkove u grupe. Nakon otkria udnogkvarka, ona je ovako izgledala :

Sada je oito da nedostaje jo jedan kvark. Predloeno je i ime za njega: arm. Poela jevelika potraga za njim, a njegovo otkrie obiljeilo je jednu vanu epohu u razvoju modernefizike.

Da bi se razumjelo zato je arm vaan, promatrat e se meudjelovanje neutrina smaterijom. Ve je poznato da se u toj interakciji neutrino pretvara u pripadajui nabijenilepton. Ovaj proces je analogan raspadu ili K-mezona. Bitna razlika izmeu raspada ovih mezona je ta to je raspad K-mezona nekoliko puta slabiji. Razlog je njegovo ustrojstvo. K-mezon sadri s kvark koji manje intenzivno sudjeluje u slabom meudjelovanju. Postavljalo se pitanje: Postoji li dodatna slaba sila koja bi omoguila neutrinu da meudjeluje sa materijom, a da se ne pretvori u lepton?

To meudjelovanje naziva se meudjelovanje slabe struje.

Neutrino moe meudjelovati s materijom, a da pri tom zadri svoj identitet. Morao je postojati mehanizam koji bi spreavao raspad K-mezona u + i -. Rjeenje ovog problema nalazilo se u novom kvarku.

Nakon ovoga otkriven je novi kvark - c kvark - kvark sa armom, mase otprilike 1500 MeV.1970. Sheldon Glashow je prezentirao objanjenje problema raspada K-mezona. On je rekao da je slabo meudjelovanje unutar u-d sustava analogno onom u c-s sustavu, jednako po veliini, ali suprotnog predznaka. Kako neutralna struja ne moe promjeniti jedan kvark u drugi, raspad K-mezona u leptone je nemogu. Sada kad je pretpostavljeno postojanje c kvarka, fiziari su se pitali pri kojoj bi energiji uinci arma bili najuinkovitiji.

Kako bi izgledale estice sa armom ?Prvo je razmatrana estica koja bi bila graena od jednog c kvarka i njegovog antikvarka. 1974. otkrivena je estica sa neobinim svojstvima. Imala je masu otprilike 3100 MeV, a nazvana je J/. ivjela je neobino dugo. Ovakvo stanje estice nazvano je armonij . J/ esticu otkrilisu znanstvenici Ting i Richter, za to su dobili Nobelovu nagradu. Danas je poznat itav spektar stanja analognih armonijevom. (uz esticu J/, tu su jo i tri estice sa masama 3415, 3510 i 3550 MeV, te dvije estice sa masama 3684 i 3772 MeV). J/ je vektorski mezon jer su oba spina jednako usmjerena. Pseudo-skalarni partner J/ estice je c estica, mase 2980 MeV. Nastaje raspadom J/ estice na foton i c.Osim J/ estice postoje i drugi mezoni sa armom: dva D-mezona jedan F-mezon. To su estice D0 (cu), D+ (cd) i F+ (cs). Novi mezoni nose novi kvantni broj - arm.Zbog ovoga armantne estice ive 100 milijuna puta due. Najlaki udni barion je -estica (uds). S obzirom na jako meudjelovanje c kvark nije nita drugo nego tei partner s kvarka. Ako postavimo c kvark umjesto s kvarka dobivamo esticu s konfiguracijom (udc). Valja naglasiti da je naboj ove estice +1, a ne 0 kao kod -estice.Otkrivena je materija koje nema u prirodi, osim u izuzetnim situacijama koje su stvorene u laboratorijima fizike visokih energija.

9. JAKO MEUDJELOVANJE I STRUKTURA KVARKOVA

Gluoni su estice koje stvaraju silu boje izmeu kvarkova. Pretpostavimo to bi se dogaalo kada bi sile boje bile .slijepe. na boju tj. kada bi na sve boje jednako djelovale. Tada bi konfiguracija od tri kvarka mogla sadravati npr. dva crvena i jedan plavi kvark. nedostajao bi zeleni i ta konfiguracija ne bi bila singlet u boji. Trebala bi postojati sila koja na razliite boje djeluje razliitim intenzitetom. Te sile su analogne elektromagnetskoj sili. Prenositelj sile je gluon.Za razliku od fotona, gluoni u interakciji sa kvarkom mogu promjeniti boju kvarka. S obzirom na naboje boja postoji ukupno osam razliitih gluona. Prema tome bitna razlika izmeu elektrodinamike i kromodinamike je ta to u prvoj postoji samo jedan naboj(elektrini), a u drugoj ih ima osam razliitih. Unato tome one su vrlo analogne.Najvanije svojstvo gluona je to da oni i sami nose boju. Ve je spomenuto da gluoni mogu promjeniti boju kvarkovima npr. iz crvene u plavu.

To se naziva kvarkovsko gluonski vrh (verteks). Budui da su gluoni i sami obojeni objekti postoji neposredna interakcija ne samo izmeu gluona i kvarkova, nego i meu samim gluonima. Moe se dogoditi verteks i izmeu tri razliita gluona .

Crveno-plavi i plavo-zeleni gluon se susreu i pretvaraju u crveno-zeleni. I tu postoje pravila. Nije mogue npr. da se susretnu crveno-plavi i plavo-zeleni i pretvore u crveno-plavi.

Materija je pod utjecajem sila koje na nju djeluju .Postoje etiri temeljne sile u Svemiru:1.gravitacijska sila(izmeu dvije estice koje posjeduju masu)2.elektromagnetska sila(izmeu estica sa nabojem/magnetizmom)3.jaka nuklearna sila(izmeu kvarkova)4.slaba nuklearna sila(djeluje izmeu neutrina i elektrona)

Jaka sila vezuje kvarkove u protone, neutrone i mezone i dri jezgru atoma zajedno unato odbojnim silama koje djeluju izmeu protona. Slaba sila kontrolira radioaktivni raspad jezgre atoma i reakcije izmeu leptona (elektroni i neutroni).

9.1. Slabo meudjelovanje leptona i kvarkova

Svi procesi slabog meudjelovanja mogu se svrstati u dvije klase:

a) procesi u kojima se elektrini naboj mjenja za jedinicu, na primjer -raspad:

- takozvana reakcija nabijene struje

b) procesi u kojima nema promjene elektrinog naboja, npr. rasprenje neutrina:

- takozvana reakcija neutralne struje

Zajedniko je svim procesima slabog meudjelovanja da u njima sudjeluju ukupno etiri fermiona. Procesi se mogu opisati pomou zajednike konstante, koja je eksperimentalno odreena i iznosi 1,1610-5 GeV-2. Fermijeva konstanta nije bez dimenzije kao npr. Konstanta fine strukture . To je u fizici vrlo nepovoljna injenica.U fermijevoj konstanti skrivena je odreena energija. Konstanta se moe napisati na sljedei nain: 1,1610-5 GeV-2 = (294 GeV)-2. Prema tome, u slabom meudjelovanju pojavljuje se karakteristina energija od 294 GeV. Iznad te energije slika slabog meudjelovanja se potpuno mijenja.Dva elektrona u meudjelovanju razmjenjuju virtualnu esticu. Analogno tome odvija se i slabo meudjelovanje. Kod -raspada neutron prelazi u proton pri emu emitira virtualnu esticu, koja se naziva W- bozon. Ta se estica zatim pretvara u elektron i antineutrino: Treba paziti i na to da je W- bozon estica sa nabojem. Na slian nain mogue je opisatidjelovanje neutralne struje:

U njoj sudjeluje neutralna estica nazvana Z-bozon. Pronaene su i mase bozona: W-bozoni imaju masu oko 80 GeV, a Z-bozon oko 92 GeV.

Postavlja se pitanje je li analogija izmeu slabog i elektromagnetnog meudjelovanja samo formalna ili tu postoji dublja veza. Elektromagnetno meudjelovanje opisano je konstantom fine strukture. To je mogue zato to su svi naboji u prirodi viekratnici elementarnog naboja e. Analogno tome uvest emo naboj slabog meudjelovanja. Elektron moe prijei u elektronski neutrino ime se emirtira virtualni W- bozon. Obrnuto, elektronski neutrino moe prijei u elektron emitirajui virtualni W+ bozon. Slino vrijedi i za kvarkove. Dakle, slabi naboj pretvara lepton u neutrino i obrnuto te d kvark u s i obrnuto. Slabi naboji su na neki nain u srodstvu sa izospinom.

9.2. Jedinstvena teorija slabog i elektromagnetskog meudjelovanja

Moemo odrediti grupe slabog meudjelovanja. Leptoni i kvarkovi se uvijek pojavljuju kao dubleti:Simetrija slabog meudjelovanja se ponekad naziva slabi izospin. Zbog simetrije moemo uvesti grupu SU(2). Unutar ovih grupa javljaju se tri naboja: dva W-bozona (pozitivni inegativni) i Z-bozon (neutralni). Grupa SU(2) objanjava odnose naboja i leptona ili kvarkova.

Nakon 1977. nastoji se konstruirati jedinstvenu teoriju slabog i elektromagnetskogmeudjelovanja.U jedinstvenoj teoriji moraju se preraditi etiri bozona: dva W-bozona, Z-bozon i foton.Najjednostavnije se ovo moe rijeiti ubacivanjem jo jedne grupe U(1), koja posjeduje samo jedan naboj. Tako dobivamo grupu SU(2)U(1). Dobivamo teoriju koja spaja slabo i elektromagnetsko meudjelovanje. Srodni bozoni su sada pozitivni i negativni W-bozon te Z-bozon i foton. Jakost interakcije W-bozona i Z-bozona sa fermionima je dana elektromagnetskim meudjelovanjem, koje je u tijesnoj vezi sa djelovanjem neutralne struje.

Nemogue je tono predvidjeti meudjelovanje neutralne struje jer ono ovisi o jo jednom parametru, koji se ne moe teorijski odrediti nego samo eksperimentalno. Uobiajeno je taj parametar predstaviti kutom W (tzv. slabi ili Weinbergov kut). Taj kut odreuje jakost kojomsu elektromagnetsko i slabo meudjelovanje povezani. Za W = 0 nema povezanosti.Eksperimenti su pokazali da je W 27.

10. KVARKOVI KROMOELEKTRINE SILE

Fotoni, estice svjetlosti, postoje u dva oblika. Prva vrsta fotona naziva se virtualni foton. Oni uzrokoju elektromagnetno privlaenje ili odbijanje elektriki nabijenih objekata, npr. sudjeluju u interakciji dva elektrona. Te fotone nazvat emo Coulombovi kvanti. Druga vrsta fotona su magnetski kvanti. Oni su odgovorni za pojavu magnetskih sila. Magnetski kvanti mogu postojati kao slobodne estice, npr. kao konstituenti zrake svjetlosti.Na isti nain gluone moemo podijeliti na Coulombove i magnetske gluone. Zbog naboja boje, u kromodinamici postoji interakcija izmeu te dvije vrste gluona (u elektrodinamici ta interakcija ne postoji meu fotonima jer su oni elektriki neutralni). Jedan Coulombov gluon se moe raspasti na jedan Coulombov i jedan magnetski gluon. Ova dva se opet mogu spojiti u jedan Coulombov:

Sada emo razmotriti to bi se dogaalo prilikom meusobnog udaljavanja dvaju vrlo tekih kvarkova. Silu izmeu kvarkova moemo opisati uz pomo kromoelektrinih silnica. Ukoliko bi se kromoelektrine silnice u potpunosti pokoravale Coulombovom zakonu, udaljavanjem dvaju kvarkova silnice bi se prorijedile (udaljenost izmeu silnica bi se poveavala, to bi uzrokovalu slabljenje sile meu kvarkovima). Razmotrimo sada uinke gluonske polarizacije vakuuma. Coulombovi kvanti mogu neposredno meudjelovati s magnetskim gluonskim kvantima. To znai da meu kromoelektrinim silnicama postoji kromomagnetsko privlaenje koje uzrokuje stezanje silnica. Ovo se dogaa zato to gluoni takoer nose naboj boje. U elektrodinamici ovaj efekt ne postoji. Javlja se dodue neto slino, a to je magnetsko privlaenje dviju ica kojima tee elektrina struja, a koje se javlja zbog izmjene fotonskih kvanata. To je na neki nain analogno privlaenju kromoelektrinih silnica.Zakon koji opisuje silnice izmeu dva kvarka kod jako malih udaljenosti je zapravoCoulombov zakon. Razdvajanjem tih kvarkova neko vrijeme e sile opadati zbog usuglasnosti sa Coulombovim zakonom. Nakon toga e ponovo rasti zbog gluonskepolarizacije vakuuma. Kada su kvarkovi udaljeni oko 10-13 cm silnice koje ih povezujupostaju paralelne .Prema tome nakon te udaljenosti sila je konstantna.

Nema vrstih dokaza da je ovo tona pretpostavka, ali se vjeruje da je tako. Poznato je da je sila u prostoru izmeu dviju ploa kondenzatora neovisna o njihovoj meusobnoj udaljenosti. To bi trebalo vrijediti i za kvarkove. Dakle od 10-13 cm pa na dalje sila izmeu kvarkova je konstantna. Ta tanka nit koja povezuje kvarkove naziva se gluonska struna. Nije mogue tono odrediti koliko je jaka sila meu kvarkovima. Meutim, moe se uiniti neto drugo. Spektar hadrona je relativno dobro poznat. U elektrodinamici prouavanjem spektra energetskih stanja vodikovog atoma, mogue je predskazati silu izmeu protona i elektrona u atomu. Prouavajui kvarkovsko-antikvarkovski sustav moemo zakljuiti kolika je jakost sile meu kvarkovima. Energija koja bi bila potrebna da se kvarkovi razdvoje na udaljenost 10-13 cm je otprilike jednaka energije koja se utroi da se jedna tona digne jedan metar u zrak. Tu energija moda nikada nee biti mogue dobiti u laboratoriju. Ovo je daklenajjaa sila u prirodi, jaa ak i od jezgrinih sila.Sile meu kvarkovima su slabe jedino na jako malim udaljenostima. Ovo se nazivaasimptotska sloboda. Dakle, kvarkovi se na dovoljno malim udaljenostima mogu ponaati kao slobodne estice, ali kada se ponu udaljavati, sila koja meu njima postaje sve jaa im to ne doputa.Van der Waalsove sile izmeu atoma javljaju se kada se dva atoma nalaze na meusobnoj udaljenosti manjoj od 10.8 cm. Nastaje prvenstveno zato to naboj u atomu nije ravnomjerno rasporeen. Moemo zamisliti da sile u jezgri nisu nita drugo nego van der Waalsove sile u kromodinamici. Jake sile izmeu kvarkova ne djeluju na hadrone koji su singleti u boji, ali e ipak proizvesti efektivno djelovanje zbog neravnomjerne rasporeenosti kvarkova unutar hadrona. Te se sile mogu opaziti na udaljenostima manjima od 10-13 cm. Nakon toga ih viene opaamo. Ovo otkrie je promijenilo shvaanje po kojem je jezgrena sila fundamentalna.

11. KROMOMAGNETSKE SILE

Kromomagnetske sile su analogne magnetskim silama u elektrodinamici. Ve je spomenuto da te sile uzrokuju stezanje kromoelektrinih silnica, a prema tome i trajno vezanje kvarkova u hadronima.Postavlja se pitanje je li mogue neposredno promatrati kromomagnetske sile. Vratit emo se sada na trenutak na elektrodinamiku. Magnetska sila u atomu postoji zato to elektriki nabijeni elektroni imaju spin.

Dva elektrona koji imaju spinove istog smjera, djelovat e jedan na drugoga magnetskim privlaenjem. Ako su spinovi suprotnog smjera, djelovat e magnetskim odbijanjem. Dobar primjer za ovo je pozitronij.Moemo predvidjeti koje stanje e imati viu energiju - ortopozitronij ili parapozitronij. Kodortopozitronija elektrina sila je privlana, a magnetska odbojna, za razliku od parapozitronijagdje je i elektrina i magnetska sila privlana. Oito je da je za stvaranje pozitronija potrebnamanja energija. Isto vrijedi i za hadrone u kojima kvarkovi imaju vlastiti spin. Vektorski mezoni su tei od pseudoskalarnih zbog jednakog smjera spinova. Isto tako barioni kojima susva tri spina jednako usmjerena su tei od bariona kojima je jedan od spinova suprotnog smjera.

12. LEPTONSKO KVARKOVSKE OBITELJI

Leptone i kvarkove moemo razvrstati u tri obitelji:

Svi fermioni mogu se izgraditi iz estica navedenih obitelji. Prva se obitelj razlikuje od druge dvije. Fermioni prve obitelji su relativno stabilni i oni sudjeluju u izgradnji itave prirode. Fermione drugih obitelji moe se proizvesti samo u laboratoriju, te se oni brzo raspadaju u fermione prve obitelji. Zapravo svemir ne bi nita drugaije izgledao da postoji samo prva obitelj. Druge dvije se ne pronalaze u prirodi kao realne estice koje izgrauju materiju. Razlog postojanja druge i tree obitelji nije poznat. Nije iskljuena mogunost da se i leptoni i kvarkovi sastoje od jo manjih estica. Ve su predloena i imena za njih: subkvarkovi, preoni, stratoni, rioni, haploni itd.

29