Luettelo hiukkasista

Tämä on luettelo hiukkasfysiikassa löydetyistä ja joistakin hypoteettisista subatomisista hiukkasista.

Alkeishiukkaset

Pääartikkeli: Alkeishiukkanen

Alkeishiukkanen on hiukkanen, jolla ei ole havaittavissa olevaa sisäistä rakennetta eli se ei koostu muista hiukkasista. Ne ovat kvanttikenttäteorian fundamentaaleja kappaleita. Alkeishiukkasia luokitellaan niiden spinin perusteella fermioneihin ja bosoneihin. Jälkimmäisillä spin on kokonaisluku, ja fermioneilla se on puolikas.

Standardimalli

Pääartikkeli: Hiukkasfysiikan standardimalli

Hiukkasfysiikan standardimalli on tällä hetkellä^milloin? paras tietämys alkeishiukkasten fysiikasta. Kaikki standardimallin hiukkaset Higgsin bosonia lukuun ottamatta on löydetty kokeellisesti.

Fermionit

Fermionien spin on puoliluku. Kaikilla tunnetuilla alkeellisilla fermioneilla se on ½. Jokaisella fermionilla on lisäksi oma antihiukkanen. Fermionit ovat aineen perusosasia. Ne luokitellaan sen mukaan, vuorovaikuttavatko ne vahvan vuorovaikutuksen värivoiman kautta. Standardimallin mukaan on olemassa 12 erilaista alkeisfermionien makua: kuusi kvarkkia ja kuusi leptonia.

• Kvarkit vuorovaikuttavat värivoiman kautta. Niiden antihiukkasia kutsutaan antikvarkeiksi. Kvarkeilla on kuusi makua:

Perhe	Nimi (maku)		Sähkövaraus (e)	Massa (MeV)	Antikvarkki
1	Ylös	(u)	+2/3	1,5–4	anti-ylös-kvarkki	$({\overline {u}})$
	Alas	(d)	−1/3	4–8	anti-alas-kvarkki	$({\overline {d}})$
2	Outo	(s)	−1/3	80–130	anti-outo-kvarkki	$({\overline {s}})$
	Lumo	(c)	+2/3	1 150–1 350	anti-lumo-kvarkki	$({\overline {c}})$
3	Pohja	(b)	−1/3	4 100–4 400	anti-pohja-kvarkki	$({\overline {b}})$
	Huippu	(t)	+2/3	171 400 ± 2 100	anti-huippu-kvarkki	$({\overline {t}})$

• Leptonit eivät vuorovaikuta värivoiman kautta. Niiden antihiukkasia kutsutaan antileptoneiksi, vaikkakin elektronin antihiukkasta kutsutaan historiallisista syistä positroniksi. Leptoneita on myös kuutta makua:

Varattu leptoni / antihiukkanen					Neutriino / antineutriino
Nimi	Symboli	Sähkövaraus (e)	Massa (MeV)		Nimi	Symboli	Sähkövaraus (e)	Massa (MeV)
Elektroni / Positroni	$e^{-}\,/\,e^{+}$	−1 / +1	0,511		Elektronin neutriino / Elektronin antineutriino	$\nu _{e}\,/\,{\overline {\nu }}_{e}$	0	< 0,0000022
Myoni	$\mu ^{-}\,/\,\mu ^{+}$	−1 / +1	105,7		Myonin neutriino / Myonin antineutriino	$\nu _{\mu }\,/\,{\overline {\nu }}_{\mu }$	0	< 0,17
Tau	$\tau ^{-}\,/\,\tau ^{+}$	−1 / +1	1 777		Taun neutriino / Taun antineutriino	$\nu _{\tau }\,/\,{\overline {\nu }}_{\tau }$	0	< 15,5

On huomattava, että neutriinojen massan tiedetään eroavan nollasta johtuen neutriinojen oskillaatiosta, mutta niiden massat ovat niin pienet, ettei niitä ole voitu toistaiseksi mitata.

Bosonit

Bosoneilla on kokonaislukuspin. Luonnon perusvuorovaikutuksia välittävät mittabosonit ja massan arvellaan liittyvän Higgsin bosoniin. Standardimallin mukaan alkeisbosoneita ovat:

Nimi	Varaus (e)	Spin	Massa (GeV)	Voima, jota välittää
Fotoni	0	1	0	Sähkömagnetismi
W±	±1	1	80,4	Heikko voima
Z0	0	1	91,2	Heikko voima
Gluoni	0	1	0	Vahva voima
Higgsin bosoni	0	0	125-126	Katso alla

LHC:n CMS- ja ATLAS-kokeet ovat ilmoittaneet löytäneensä hiukkasen, joka vastaa Higgsin bosonia. Sen spin ja sähkövaraus vastaavat standardimallin ennustetta, mutta sen vuorovaikutuksista muiden hiukkasten kanssa on toistaiseksi vain vähän tietoa. Standardimallin Higgsin mekanismissa Higgsin kentän spontaani symmetriarikko synnyttää massiivisen Higgsin bosonin. Alkeishiukkasten sisäiset massat (erityisesti massiivisten W^±- ja Z⁰-bosonien) selitetään vuorovaikutuksina kyseisen kentän kanssa. Higgsin bosoni vuorovaikuttaa kaikkien massallisten hiukkasten (myös itsensä) kanssa.

Hypoteettiset hiukkaset

Supersymmetristen teorioiden ennustamat

Supersymmetriset teoriat ennustavat myös joidenkin hiukkasten olemassoloa. Yhtään niistä ei kuitenkaan oltu vielä vuoteen 2007 mennessä löydetty.

• Neutraliino (spin-½) on superpositio eräistä neutraaleista standardimallin superpartnerihiukkasista. Neutraliino on hyvä ehdokas pimeän aineen hiukkaseksi. Varattujen bosonien superpartnereista muodostuneita hiukkasia kutsutaan vastaavasti chargiinoiksi.
• Fotiino (spin-½) on nimitys fotonin epäfysikaaliselle superpartnerille.
• Gravitiino (spin-³⁄₂) on gravitoni-bosonin superpartneri supergravitaatioteorioissa.
• Sleptonit ja skvarkit (spin-0) ovat Standardimallin fermionien supersymmetrisiä partnereita.

Muiden teorioiden ennustamat

Muut teoriat ennustavat muun muassa seuraavanlaisia hiukkasia.

• Gravitonin (spin-2) arvellaan välittävän gravitaatiota kvanttigravitaatioteorioissa.
• Graviskalaari (spin-0) ja gravifotoni (spin-1).
• Aksioni (spin-0) on pseudoskalaari hiukkanen, joka esiintyy Peccei-Quinn-teoriassa vahvan CP-ongelman ratkaisemiseksi.
• Saksioni (spin-0, skalaari, R-pariteetti=1) ja aksiino (spin-1/2, R-pariteetti = −1) muodostavat yhdessä aksionin kanssa supermultipletin Peccei-Quinn-teorian supersymmetrisessä laajennuksessa.
• X-bosoni, anti-X-bosoni, Y-bosoni ja anti-Y-bosoni ovat hiukkasia, jotka jotkin suuret yhtenäisteoriat ennustavat.
• Magneettinen fotoni.
• Steriileitä neutriinoita tarvitaan joissakin standardimallien laajennuksissa. Niitä tarvittaneen LSND-tulosten selittämiseksi.
• Peilihiukkasten olemassaolon ennustavat teoriat, jotka säilyttävät pariteettisymmetrian.
• Magneettinen monopoli on hiukkanen, jolla on nollasta eroava magneettinen varaus. Eräät suuret yhtenäisteoriat ennustavat niiden olemassaolon.
• Takyoni on hypoteettinen hiukkanen, joka kulkee valoa nopeammin ja jolla on imaginaarinen lepomassa.
• Preoniksi sanotaan hypoteettisia kvarkkien, leptonien ja mittabosonien sisäisiä alkeishiukkasia, mutta hiukkaskiihdytimissä ei ole todistettu niiden olemassaoloa.
• Säikeeksi sanotaan hypoteettisia kvarkkien, leptonien ja bosonien sisäisiä alkeishiukkasia, jotka eivät ole pistemäisiä. Hiukkaskiihdytimissä ei ole todistettu niiden olemassaoloa.

Muut

• WIMP (heikosti vuorovaikuttava, massiivinen hiukkanen) on jokin hiukkanen, joka selittää pimeän aineen (kuten neutraliino tai aksioni).
• Pomeronin avulla on yritetty selittää hadronien elastista sirontaa ja Reggen napojen sijaintia Reggen teoriassa.
• Skyrmioni on pioni-kentän topologinen solitoni, jota käytetään nukleonien matalaenergisten ominaisuuksien kuvaamisessa...
• Goldstone-bosoni on spontaanissa symmetrian rikkoutumisessa teoriaan automaattisesti sisältyvä massaton hiukkanen. Standardimallissa näistä päästään eroon määrittelemällä mittamuunnoksilla kentät sopivasti uudelleen.
• Goldstiino on Goldstone-fermioni, joka syntyy supersymmetrian spontaanissa rikossa.
• Instantoni
• Oh-My-God-hiukkanen (suom. herran-jumala -hiukkanen) on kosminen hiukkanen (todennäköisesti protoni), jolla on ultrakorkea energia, joka on paljon korkeampi kuin Greisen–Zatsepin–Kuzmin -raja (GZK-raja). GZK-raja on teoreettinen raja nopeudelle, jolla kosmisen säteilyn protonit voivat edetä galaksista toiseen galaksien välisen avaruuden läpi.
• Spurioni on matemaattinen "hiukkanen", joka on laitettu joihinkin isospiniä rikkoviin hiukkasten hajoamisiin, jotta niitä voitaisiin tutkia isospinin säilyttävinä reaktioina.

Luokittelu vauhdin perusteella

• tardioneilla on positiivinen lepomassa. Kaikki tunnetut hiukkaset ovat joko tardioneja tai lepomassattomia, eli luksoneja

• Luksonit kulkevat valon nopeudella, eikä niillä ole lepomassaa.

• Takyoni on hypoteettinen hiukkanen, joka kulkee valoa nopeammin, ja sillä on imaginaarinen lepomassa.

Lähteet

• Eidelman, S. et al.: "Review of Particle Physics". Physics Letters B, 2004, nro 592, s. 1. (Luettelon tieto sisätyy laajaan vuosittain päivitettävään katsaukseen Particle Data Group)
• Alward, Joseph F. Elementary Particles (Arkistoitu – Internet Archive), Department of Physics, University of the Pacific
• Elementary particles, The Columbia Encyclopedia, 6. ed. 2001.

Viitteet

Hiukkaset fysiikassa