قائمة الجسيمات

تُعدّ الفرميونات إحدى الفئتين الأساسيتين للجسيمات، والأخرى هي البوزونات . تُوصف جسيمات الفرميونات بإحصاءات فيرمي-ديراك ، ولها أعداد كمومية تُحدد بمبدأ استبعاد باولي . تشمل هذه الجسيمات الكواركات واللبتونات ، بالإضافة إلى أي جسيمات مركبة تتكون من عدد فردي منها، مثل جميع الباريونات والعديد من الذرات والنوى.

تمتلك الفرميونات عزمًا مغزليًا نصف صحيح؛ بالنسبة لجميع الفرميونات الأولية المعروفة، يكون هذا العزم 1/2 ħ . جميع الفرميونات المعروفة، باستثناء النيوترينوات ، هي أيضًا فرميونات ديراك ؛ أي أن لكل فرميون معروف جسيمًا مضادًا خاصًا به . لا يُعرف ما إذا كان النيوترينو فرميون ديراك أم فرميون ماجورانا . ^{[ 4 ]} تُعد الفرميونات اللبنات الأساسية للمادة . تُصنف الفرميونات وفقًا لتفاعلها عبر التفاعل القوي أم لا. في النموذج القياسي، يوجد 12 نوعًا من الفرميونات الأولية: ستة كواركات وستة ليبتونات .

البوزونات هي إحدى الجسيمات الأساسية ذات اللف المغزلي الصحيح، والأخرى هي الفرميونات . تتميز البوزونات بإحصاءات بوز-أينشتاين، وجميعها ذات لف مغزلي صحيح. قد تكون البوزونات أولية، مثل الفوتونات والغلوونات ، أو مركبة، مثل الميزونات .

وفقًا للنموذج القياسي ، فإن البوزونات الأولية هي:

يفترض النموذج الكهروضعيف وجود بوزون هيغز لتفسير أصل كتل الجسيمات . في عملية تُعرف باسم " آلية هيغز "، يكتسب بوزون هيغز وبوزونات القياس الأخرى في النموذج القياسي كتلةً عبر كسر التناظر التلقائي لتناظر القياس SU(2). يتنبأ النموذج القياسي الأدنى للتناظر الفائق (MSSM) بوجود عدة بوزونات هيغز. في 4 يوليو 2012، تم اكتشاف جسيم جديد بكتلة تتراوح بين^{أُعلن عن جسيم ذي طاقة} 125 و127  جيجا إلكترون فولت/ ثانية² ؛ ورجّح الفيزيائيون أنه بوزون هيغز. ومنذ ذلك الحين، تبيّن أن هذا الجسيم يتصرف ويتفاعل ويتحلل بطرق عديدة تتنبأ بها النماذج القياسية لجسيمات هيغز، بالإضافة إلى امتلاكه تكافؤًا زوجيًا ودورانًا صفريًا، وهما سمتان أساسيتان لبوزون هيغز. وهذا يعني أيضًا أنه أول جسيم قياسي أولي يُكتشف في الطبيعة.

تُسمى البوزونات الأولية المسؤولة عن القوى الأساسية الأربع في الطبيعة بجسيمات القوة ( بوزونات القياس ). يتوسط الغلوون التفاعل القوي ، بينما يتوسط بوزونا W وZ التفاعل الضعيف ، ويتوسط الفوتون الكهرومغناطيسية ، أما الجرافيتون، وهو لا يزال فرضية، فيتوسط الجاذبية .

تُعرَّف الهادرونات بأنها جسيمات مركبة تتفاعل بقوة . وتكون الهادرونات إما:

• الفرميونات المركبة (وخاصة 3 كواركات)، وفي هذه الحالة تسمى الباريونات .
• البوزونات المركبة (وخاصة 2 كوارك)، وفي هذه الحالة تسمى ميزونات .

تصف نماذج الكواركات ، التي اقترحها موراي جيل مان وجورج زويج (اللذان أطلقا على الكواركات اسم "الآسات") بشكل مستقل عام 1964، الهادرونات المعروفة بأنها تتكون من كواركات التكافؤ و/أو الكواركات المضادة، المرتبطة بقوة اللون ، والتي تتوسطها الغلوونات . (يتم وصف التفاعل بين الكواركات والغلوونات بواسطة نظرية الديناميكا اللونية الكمومية ). كما يوجد "بحر" من أزواج الكوارك-الكوارك المضاد الافتراضية في كل هادرون.

الباريونات

تحتوي الباريونات العادية ( الفيرميونات المركبة ) على ثلاثة كواركات تكافؤ أو ثلاثة كواركات مضادة للتكافؤ لكل منها.

• النيوكليونات هي المكونات الفرميونية للنوى الذرية العادية:
  • البروتونات ، تتكون من اثنين من الكواركات العلوية وواحد من الكواركات السفلية (uud).
  • النيوترونات ، تتكون من اثنين من الكواركات السفلية وواحد من الكواركات العلوية (ddu).
• الجسيمات الفائقة ، مثل جسيمات Λ و Σ و Ξ و Ω، التي تحتوي على كوارك غريب واحد أو أكثر ، هي جسيمات قصيرة العمر وأثقل من النيوكليونات. ورغم أنها لا توجد عادةً في نوى الذرات، إلا أنها قد تظهر في النوى الفائقة قصيرة العمر .
• كما لوحظ عدد من الباريونات المسحورة والقاعية .
• تتكون البنتاكواركات من أربعة كواركات تكافؤ وكوارك تكافؤ مضاد واحد.
• قد توجد أيضاً أنواع أخرى من الباريونات الغريبة .

الميزونات

تتكون الميزونات العادية من كوارك تكافؤ وكوارك تكافؤ مضاد . ولأن للميزونات عزمًا مغزليًا صحيحًا (0 أو 1) وليست جسيمات أولية بحد ذاتها، تُصنف على أنها بوزونات "مركبة" ، على الرغم من كونها مكونة من فرميونات أولية . ومن أمثلة الميزونات: البيون ، والكاون ، و J/ψ . في ديناميكا الهادرونات الكمومية ، تتوسط الميزونات القوة النووية القوية المتبقية بين النيوكليونات.

في وقت أو آخر، تم الإبلاغ عن وجود بصمات إيجابية لجميع الميزونات الغريبة التالية ، ولكن لم يتم تأكيد وجودها بعد.

• يتكون التتراكوارك من اثنين من الكواركات التكافؤية واثنين من الكواركات المضادة التكافؤية؛
• الكرة الغلوونية هي حالة مقيدة من الغلوونات بدون كواركات تكافؤ؛
• تتكون الميزونات الهجينة من زوج واحد أو أكثر من أزواج الكوارك المضاد للتكافؤ وغلوون واحد أو أكثر من الغلوونات الحقيقية.

تتكون نوى الذرات عادةً من البروتونات والنيوترونات، مع أن بعض النوى الغريبة قد تتكون من باريونات أخرى، مثل الهيبرتريتون الذي يحتوي على الهيبرون . تُسمى هذه الباريونات (البروتونات، والنيوترونات، والهيبرونات، إلخ) التي تُشكل النواة بالنيوكليونات. يُطلق على كل نوع من أنواع النوى اسم " النيوكليد "، ويُحدد كل نيوكلييد بعدد محدد من كل نوع من أنواع النيوكليونات.

• " النظائر " هي نويدات لها نفس عدد البروتونات ولكن أعداد مختلفة من النيوترونات.
• وعلى العكس من ذلك، فإن " النظائر " هي نويدات لها نفس عدد النيوترونات ولكن بأعداد مختلفة من البروتونات.
• " النظائر المتساوية الكتلة " هي نويدات لها نفس العدد الإجمالي للنيوكليونات، ولكنها تختلف في عدد كل نوع من أنواع النيوكليونات. يمكن للتفاعلات النووية أن تحول نويدة إلى أخرى.

الذرات هي أصغر الجسيمات المتعادلة التي يمكن تقسيم المادة إليها عن طريق التفاعلات الكيميائية . تتكون الذرة من نواة صغيرة وثقيلة محاطة بسحابة إلكترونية كبيرة وخفيفة نسبيًا. تتكون نواة الذرة من بروتون واحد أو أكثر، وصفر أو أكثر من النيوترونات. يتكون كل من البروتونات والنيوترونات بدوره من الكواركات. يتوافق كل نوع من الذرات مع عنصر كيميائي محدد . حتى الآن، تم اكتشاف أو تصنيع 118 عنصرًا.

قد تتكون الذرات الغريبة من جسيمات بالإضافة إلى البروتونات والنيوترونات والإلكترونات أو بدلاً منها، مثل الهيبرونات أو الميونات. ومن الأمثلة على ذلك البيونيوم ( π⁻ ^). π ⁺) وذرات الكواركونيوم .

الجزيئات هي أصغر الجسيمات التي يمكن تقسيم المادة إليها مع الحفاظ على خصائصها الكيميائية. كل نوع من الجزيئات يُقابل مادة كيميائية محددة . الجزيء هو مركب من ذرتين أو أكثر، حيث تتحد الذرات بنسبة ثابتة لتكوين الجزيء. يُعد الجزيء أحد أبسط وحدات المادة.

الأيونات هي ذرات مشحونة ( أيونات أحادية الذرة ) أو جزيئات ( أيونات متعددة الذرات ). وهي تشمل الكاتيونات التي تحمل شحنة موجبة صافية، والأنيونات التي تحمل شحنة سالبة صافية.

• بوزونات غولدستون هي إثارة عديمة الكتلة لحقل تم كسره تلقائيًا . أما البيونات فهي بوزونات شبه غولدستون (شبه لأنها ليست عديمة الكتلة تمامًا) ذات تناظر إيزوسبين كيرالي مكسور في الديناميكا اللونية الكمومية .
• البارتون هو مصطلح عام صاغه فاينمان للإشارة إلى الجسيمات الفرعية التي تشكل جسيمًا مركبًا - في ذلك الوقت الباريون - ومن ثم، فقد كان يشير في الأصل إلى ما يسمى الآن " الكواركات " و " الغلوونات ".
• تم اكتشاف جسيم أوديرون ، وهو جسيم يتكون من عدد فردي من الغلوونات، في عام 2021.

الجرافيتون جسيم افتراضي أُدرج في بعض التوسعات للنموذج القياسي كوسيط لقوة الجاذبية . وهو يقع في فئة خاصة بين الجسيمات المعروفة والافتراضية: كونه جسيمًا غير مرصود لا يتنبأ به النموذج القياسي ولا يشترط وجوده، فإنه يُصنف ضمن الجسيمات الافتراضية. لكن قوة الجاذبية نفسها حقيقة مؤكدة، والتعبير عن هذه القوة المعروفة في إطار نظرية الحقل الكمومي يتطلب وجود بوزون كوسيط لها.

إذا وُجد الجرافيتون، فمن المتوقع أن يكون عديم الكتلة لأن قوة الجاذبية لها مدى طويل جدًا، ويبدو أنها تنتشر بسرعة الضوء. يجب أن يكون الجرافيتون بوزونًا ذو لف مغزلي -2 لأن مصدر الجاذبية هو موتر الإجهاد والطاقة ، وهو موتر من الرتبة الثانية (مقارنةً بفوتون الكهرومغناطيسية ذي اللف المغزلي 1 ، الذي مصدره التيار الرباعي ، وهو موتر من الرتبة الأولى). بالإضافة إلى ذلك، يمكن إثبات أن أي مجال عديم الكتلة ذي لف مغزلي 2 سيُنتج قوة لا يمكن تمييزها عن الجاذبية، لأن مجالًا عديم الكتلة ذي لف مغزلي 2 سيرتبط بموتر الإجهاد والطاقة بنفس طريقة تفاعلات الجاذبية. تشير هذه النتيجة إلى أنه إذا تم اكتشاف جسيم عديم الكتلة ذي لف مغزلي 2، فلا بد أنه الجرافيتون. ^{[ 12 ]}

تم اقتراح العديد من الجسيمات المرشحة الافتراضية للمادة المظلمة مثل الجسيمات الضخمة ذات التفاعل الضعيف (WIMP)، والجسيمات النحيلة ذات التفاعل الضعيف (WISP)، أو الجسيمات ذات التفاعل الضعيف (FIP).

تشمل الجسيمات المرشحة لتفسير الطاقة المظلمة جسيم الحرباء وجسيم الأكسيليرون .