Ключевое различие между лептонами и кварками заключается в том, что лептоны могут существовать в природе как отдельные частицы, тогда как кварки не могут.
До 20-го века люди считали, что атомы неделимы, но физики 20-го века обнаружили, что атом можно разбить на более мелкие части, и все атомы состоят из разного состава. Поэтому мы называем их субатомными частицами: а именно протон, нейтрон и электрон. Кроме того, исследования показывают, что субатомные частицы также имеют внутреннюю структуру и состоят из более мелких частиц. Таким образом, эти частицы известны как элементарные частицы, а лептоны и кварки являются их двумя основными категориями.
Что такое лептоны?
Частицы, которые мы называем электронами, мюонами (µ), тау (Ƭ) и соответствующими им нейтрино, известны как семейство лептонов. Кроме того, электрон, мюон и тау имеют заряд -1 и отличаются друг от друга только массой. То есть; мюон в три раза массивнее электрона, а тау в 3500 раз больше электрона. Более того, соответствующие им нейтрино нейтральны и относительно безмассовы. В следующей таблице приведены сведения о каждой частице и о том, где их найти.
| 1ст Поколение | 2nd Поколение | 3rd Поколение |
| Электрон (е) | Мюон (µ) | Тау (Ƭ) |
|
– В атомах – Производится в бета-радиоактивности |
– Большое количество образовалось в верхних слоях атмосферы космическим излучением | – Наблюдается только в лабораториях |
| Электронное нейтрино (νe) | Мюонное нейтрино (νµ) | Тау нейтрино (νƬ) |
|
– Бета-радиоактивность – Ядерные реакторы – В ядерных реакциях в звездах |
– Производится в ядерных реакторах – Космическое излучение верхних слоев атмосферы |
– Генерируется только в лабораториях |
Кроме того, стабильность этих более тяжелых частиц напрямую связана с их массой. Следовательно, массивные частицы имеют более короткий период полураспада, чем менее массивные. Электрон - самая легкая частица; вот почему Вселенная изобилует электронами, а другие частицы редки. Чтобы генерировать мюоны и тау-частицы, нам нужен высокий уровень энергии. В настоящее время мы можем видеть их только в тех случаях, когда существует высокая плотность энергии. Кроме того, мы можем производить эти частицы в ускорителях частиц. Кроме того, лептоны взаимодействуют друг с другом посредством электромагнитного взаимодействия и слабого ядерного взаимодействия. Для каждой лептонной частицы существуют античастицы, которые мы называем антилептонами. И эти антилептоны имеют одинаковую массу и противоположный заряд. Например, античастицами электронов являются позитроны.
Что такое кварки?
Кварк - другая основная категория элементарных частиц. Мы можем резюмировать свойства частиц в семействе кварков следующим образом. (Масса каждой частицы указана ниже самого названия. Однако точность этих цифр весьма спорна).
| Зарядка | 1ст Поколение | 2nd Поколение | 3rd Поколение |
| +2/3 |
Вверх 0.33 |
Очарование 1.58 |
Вверх 180 |
| -1/2 |
Вниз 0.33 |
Странно 0.47 |
Нижний 4.58 |
Кварки сильно взаимодействуют друг с другом за счет сильного ядерного взаимодействия, образуя комбинации кварков. Эти комбинации известны как адроны. Фактически, в настоящее время в нашей Вселенной не существует изолированных кварков. Более того, разумно сказать, что все кварки в этой Вселенной представляют собой ту или иную форму адронов. (Наиболее распространенными и известными типами адронов являются протоны и нейтроны).
Рисунок 01: Стандартная модель элементарных частиц
Кроме того, у кварков есть внутреннее свойство, известное как барионное число. Все кварки имеют барионное число 1/3, а антикварки имеют барионное число -1/3. Более того, в реакции с участием элементарных частиц сохраняется это свойство, известное как барионное число.
Более того, у кварков есть еще одно свойство, называемое ароматом. Номер присваивается для обозначения аромата частицы, известного как номер аромата. Вкусы называются Upness (U), Downness (D), Strangeness (S) и так далее. Верхний кварк имеет положительность +1, в то время как странность 0 и низость.
В чем разница между лептонами и кварками?
Электроны, мюоны (µ), тау (Ƭ) и соответствующие им нейтрино известны как семейство лептонов, а кварки – это тип элементарных частиц и фундаментальная составляющая материи. При сравнении обоих, ключевое различие между лептонами и кварками заключается в том, что лептоны могут существовать в природе как отдельные частицы, тогда как кварки не могут..
Более того, лептоны имеют целые заряды, а кварки – дробные заряды. Кроме того, существует еще одно различие между лептонами и кварками при рассмотрении сил, которым могут подвергаться эти частицы. То есть; лептоны подвергаются слабому взаимодействию, гравитационной силе и электромагнитной силе, тогда как кварки подвергаются сильному взаимодействию, слабому взаимодействию, гравитационной силе и электромагнитной силе.
Резюме – Лептоны против кварков
Короче говоря, кварки и лептоны – это две категории элементарных частиц. Вместе взятые, они известны как фермионы. Прежде всего, ключевое различие между лептонами и кварками заключается в том, что лептоны могут существовать в природе как отдельные частицы, тогда как кварки не могут.
