חלקיקים אלמנטאריים
והמודל הסטנדרטי

פרמיונים ובוזונים

גם לקווארקים וגם ללפטונים יש תכונה משותפת. לכל החלקיקים בשתי הקבוצות האלו יש ערך ספין חצי, כלומר לא מספר שלם. בנוסף, כל החלקיקים הללו מרכיבים כל חומר בטבע. שתי קבוצות אלו, הקווארקים והלפטונים, נכללים ומרכיבים קבוצה אחת שלמה של חלקיקים הנקראים יחד פרמיונים (ע"ש הפיזיקאי האיטלקי אנריקו פרמי).

נשים-לב שכאשר מחברים מספר אי-זוגי של פרמיונים למבנה אחד תמיד תסתכם תוצאת חיבור הספינים שלהם בערך ספין חצי (מספר שלם ועוד חצי). לכן נקבל מבנה חדש המשתייך גם הוא לקבוצת הפרמיונים. מכאן שהפרוטון והניוטרון המורכבים מחיבור של שלושה קווארקים משתייכים גם הם לקבוצת הפרמיונים.

קבוצת הפרמיונים מכילה, אפוא, את החלקיקים היוצרים את החומר. אך כדי שהללו יוכלו ליצור קשרים בינם לבין עצמם הם זקוקים לחלקיקים מקשרים.

בנוסף לפרמיונים שלהם ערך ספין חצי קיימים בטבע חלקיקים נוספים שלהם ערך ספין שלם. החלקיקים שלהם ערך ספין שלם משתייכים לקבוצת החלקיקים הנקראים יחד בוזונים (ע"ש הפיזיקאי ההודי סאטינדרה נאת' בוז).

נשים לב שכאשר נחבר מספר זוגי של פרמיונים תמיד תסתכם תוצאת חיבור הספינים שלהם בערך מספרי שלם ולכן נקבל שהמבנה החדש ישתייך דווקא לקבוצת הבוזונים. דוגמה למקרה זה היא אטום ההליום המורכב משני פרוטונים, משני ניוטרונים ומשני אלקטרונים.

לגבי בוזונים, לא משנה אם נחבר מהם מספר זוגי או אי-זוגי של חלקיקים, תמיד תסתכם תוצאת חיבור הספינים שלהם בערך מספרי שלם, לכן המבנה החדש ישתייך תמיד גם הוא לקבוצת הבוזונים.

הבדל מהותי נוסף בין קבוצת הפרמיונים וקבוצת הבוזונים הוא ביכולתם לאכלס מצבים קוונטים במערכת קוונאטית. ההבדל הוא שבכל מצב קוונטי קיימת מגבלה האוסרת על הימצאותו של יותר מפרמיון אחד בה. זהו עיקרון האיסור של פאולי. מגבלה זו אינה חלה על בוזונים ויתכן שמספר בוזונים יאכלסו בו-זמנית את אותו המצב הקוונטי.

עיקרון האיסור של פאולי הוא זה שמכתיב את אופן אכלוס האלקטרונים באטום. העובדה שאיסור זה אינו חל על בוזונים היא זו שמאפשרת את קיומו של הלייזר שהינו ריכוז צפוף של פוטונים, שהינם בוזונים, בעלי אותו מצב קוונטי.

אבל מה הם בדיוק הבוזונים?

כפי שציינו לעיל, דוגמה נפוצה של חלקיק בוזון הקיים בטבע ושאותו אנו כבר וודאי מכירים הוא הפוטון. הפוטונים הם אלו שמקיימים את הכוח האלקטרומגנטי. הכוח האלקטרומגנטי הוא זה שיוצר את השדה המגנטי ואת השדה החשמלי, מניע את הזרם החשמלי. הוא גם זה המחזיק והקושר את החלקיקים לגופים גדולים יותר ובכך מאפשר לנו לאחוז בעצמים בידינו מבלי שהן פשוט תעבורנה דרכם.

בנוסף לפוטון קיים גם החלקיק גלואון. הגלואון הוא זה שמעביר את הכוח הגרעיני החזק בין הקווארקים ויוצר מהם שלשות לקבלת פרוטונים וניוטרונים. בכך משמש הגלואון כמעין דבק המחזיק את הקווארקים יחד ומכאן שמו.

שני בוזונים נוספים הנקראים פשוט בוזון W ובוזון Z הם אלו המעבירים את הכוח הגרעיני החלש המאפשר את ההתפרקות הרדיואקטיבית.

בוזון אחרון הקיים בנפרד הוא הבוזון היגס. היגס הוא זה שאחראי לכך שלכל החלקיקים קיימת מסה. מכאן חשיבותו הרבה של חלקיק זה.

בטבע קיים כוח רביעי – כוח הכבידה. טרם נמצא החלקיק הבוזון, שניתן לו השם גרביטון, האחראי לנשיאה והעברה של כוח-הכבידה בין הפרמיונים. עובדה זו אינה מונעת מאיתנו מלנתח את הנעשה בעולם התת-אטומי ואף אינה מגבילה אותנו בכל צורה שהיא. הסיבה לכך נעוצה בכך שכוח הכבידה הינו כוח חלש מאוד והינו החלש ביותר מבין ארבעת הכוחות (גם בהשוואה לכוח הגרעיני החלש). כוח הכבידה בא לידי ביטוי רק כשמדובר בגופים גדולים בעלי מסה גדולה מאוד. מכאן שכוח הכבידה נחשב זניח ואפסי בעולם התת-אטומי. לכן, אנו רשאים, ללא כל חשש, להזניח את קיומו של כוח-הכבידה בבואנו לנתח תהליכים ותופעות ברמה האטומית.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - פיזיקה גרעינית | פיזיקה גרעינית - חלקיקים אלמנטאריים והמודל הסטנדרטי : קווארקים | לפטונים | פרמיונים ובוזונים | כרומודינאמיות קוונטית | המודל הסטנדרטי | סיכום ]