A física de partículas é o subcampo da física que lida com o estudo das partículas subatômicas elementares - as partículas que compõem os átomos. No início do século 20, muitos avanços experimentais foram feitos sugerindo que os átomos, que se acreditava serem o menor componente da matéria, eram compostos de partículas ainda menores. Novas teorias foram concebidas para explicar isso (como o Modelo Padrão de Física de Partículas), muitos novos experimentos foram projetados (usando equipamentos como aceleradores de partículas) e gradualmente ficou claro que as partículas que compõem os átomos podem ser quebradas ainda mais. Dois exemplos de tais partículas são quarks e léptons, e embora esses tipos de partículas tenham muito em comum, suas diferenças são muitas vezes gritantes.

Quarks e Leptons são ambos Partículas Fundamentais

Quarks (nomeado por O ganhador do prêmio Nobel, Murray Gell-Mann, após uma citação no livro "Finnegan's Wake", de James Joyce) e os léptons são atualmente considerados as partículas mais fundamentais que existem; isto é, eles não podem ser divididos em outras partículas constituintes. Quarks e leptons também não são partículas; em vez disso, eles se referem a famílias de partículas, cada uma contendo seis membros. A família de partículas quark consiste de partículas para cima, baixo, cima, baixo, charme e estranhas, enquanto léptons consistem de elétrons, neutrinos de elétrons, múons, neutrinos de múons, tau e tau partículas de neutrinos. Há também antipartículas associadas a cada partícula, sendo a antipartícula o espelho oposto à partícula correspondente (por exemplo, tendo a carga oposta).

Os léptons têm carga inteira; Quarks têm carga fracionária

Os léptons têm uma carga elétrica de uma unidade de carga fundamental (definida como a carga de um único elétron), no caso do elétron, múon ou tau, ou sem carga, no caso dos neutrinos correspondentes. Os quarks, por outro lado, têm cargas fracionárias (+/- 1/3 ou +/- 2/3, dependendo do quark). Quando esses quarks são agrupados, a soma de seus encargos sempre resulta em uma cobrança inteira. Por exemplo, se dois quarks up e um down quark (com encargos de +2/3 e -1/3, respectivamente) estiverem agrupados, a soma dos encargos será +1 e uma nova partícula será criada. Essa nova partícula é o próton, um dos principais componentes do núcleo atômico.

Os Leptons podem existir livremente; Quarks não é possível

Embora os quarks tenham uma carga fracionária, um quark nunca existirá livremente na natureza; isso é por causa de uma força fundamental conhecida como "força forte". A força forte, que é mediada por partículas transportadoras de força chamadas glúons, age dentro do núcleo dos átomos e mantém os quarks atraídos um pelo outro. A força entre os quarks aumenta à medida que se separam, garantindo que um quark livre nunca seja detectado. O campo de estudo dedicado às interações entre quarks e glúons é chamado de cromodinâmica quântica (QCD). Léptons, por outro lado, são partículas muito "independentes", e podem ser isoladas.

Quarks e Leptons estão sujeitos a diferentes forças fundamentais

Existem quatro forças fundamentais na natureza: a força forte (que mantém os núcleos atômicos e os quarks juntos), a força fraca (responsável pelo decaimento radioativo), a força eletromagnética (que ajuda a manter os átomos juntos) e a força gravitacional (que atua em qualquer objeto com massa ou energia no universo ). Quarks estão sujeitos a todas as forças fundamentais; Os léptons, por outro lado, estão sujeitos a todas as forças, exceto pela força forte. Isso ocorre porque a força forte tem um alcance muito curto, tipicamente menor que o de um núcleo atômico; portanto, a força forte é geralmente confinada a essa área. As forças fraca, eletromagnética e gravitacional, por outro lado, podem agir em uma distância muito maior do que a força forte pode.