Кіріспе
Элементарлық бөлшектердің жіктелуі
Бөлшектер физикасында, буын немесе отбасы – элементарлық бөлшектердің жіктелуі болып табылады. Буындар арасында бөлшектер дәмдік кванттық саны және массасы бойынша ерекшеленеді, бірақ олардың электрлік және күшті өзара әрекеттесулері бірдей болады. Стандартты модельге сәйкес, үш буын бар. Әр буында екі типтегі лептон және екі типтегі кварк бар. Екі лептонды электр заряды -1 (электронға ұқсас) және бейтарап (нейтрино) деп жіктеуге болады; екі кваркты зарядты -1/3 (төмен типті) және +2/3 (жоғарғы типті) деп жіктеуге болады. Кварк-лептон буындарының негізгі қасиеттері, мысалы, олардың массалары мен араласуы сияқтылар, ұсынылған отбасылық симметриялардың кейбіреулері арқылы сипатталуы мүмкін.
Шолу
Жоғары буынның әрбір мүшесінің массасы алдыңғы буынның сәйкес бөлшегінен артық, тек нейтриноларға қатысты басқаша болуы мүмкін (олардың кішкентай, бірақ нөлдік емес массалары әлі дәл анықталған жоқ). Мысалы, бірінші буын электронының массасы 0,511-ге тең, екінші буын мюонының массасы 106, ал үшінші буын тауының массасы 1777 (протоннан шамамен екі есе ауыр). Бұл массалық иерархия жоғары буын бөлшектерінің бірінші буынға ыдырауына себеп болады, соның салдарынан күнделікті материя (атомдар) тек бірінші буын бөлшектерінен тұрады. Электрондар протондар мен нейтрондардан құралған ядроны айналып тұрады, олардың құрамында жоғары және төмен кварктар бар. Зарядталған бөлшектердің екінші және үшінші буындары қалыпты материяда кездеспейді және олар тек ғарыштық сәулелер сияқты немесе бөлшектерді үдеткіштердегі өте жоғары энергиялы ортада ғана байқалады. "Буын" термині алғаш рет 1976 жылы Хаим Харари "Les Houches Summer School" жазғы мектебінде енгізген. Барлық буындағы нейтринолар ғарыш кеңістігінде таралып жүреді, бірақ басқа материямен өте сирек әрекеттеседі. Лептондар буындары арасындағы қатынасты толыққанды түсіну, фундаментальды бөлшектердің массалары арақатынасын түсіндіріп, массаның табиғатын кванттық көзқарас тұрғысынан одан әрі анықтауға көмектеседі деп үміттеніледі.
causes particles of higher generations to decay to the first generation, which explains why everyday matter (atoms) is made of particles from the first generation only. Electrons surround a nucleus made of protons and neutrons, which contain up and down quarks. The second and third generations of charged particles do not occur in normal matter and are only seen in extremely high energy environments such as cosmic rays or particle accelerators. The term generation was first introduced by Haim Harari in Les Houches Summer School, 1976. Neutrinos of all generations stream throughout the universe but rarely interact with other matter. It is hoped that a comprehensive understanding of the relationship between the generations of the leptons may eventually explain the ratio of masses of the fundamental particles, and shed further light on the nature of mass generally, from a quantum perspective.
Төртінші буын
Төртінші және одан кейінгі ұрпақтар көптеген (бірақ барлығы емес) теориялық физиктер тарапынан ықтималсыз деп есептеледі. Төртінші ұрпақтың болу мүмкіндігіне қарсы келтірілген аргументтердің кейбіреуі, қосымша ұрпақтардың тудыратын дәлдіктегі электроәлсіз өлшемдердің нәзік өзгерістеріне негізделген; мұндай өзгерістер өлшемдермен күшті түрде жоққа шығарылды. Бұдан әрі, массасы шамамен 45 ГеВ-тан аз болатын "жеңіл" нейтриноға ие төртінші ұрпақ, ЦЕРН-нің Үлкен Электрон-Позитрон Коллайдерінде (LEP) Z бозонының ыдырау енін өлшеу арқылы жоққа шығарылды. Дегенмен, жоғары энергиялы коллайдерлерде төртінші ұрпақ бөлшектерін іздеу жалғасуда, бірақ әзірге ешқандай дәлел табылмады. Мұндай іздеулерде төртінші ұрпақ бөлшектері үшінші ұрпақ бөлшектерімен бірдей символдармен белгіленеді (мысалы, b′ және t′). Қазіргі уақытта LHC эксперименттерінен төртінші ұрпақ кварктарының (b′, t′) массасының ең төменгі шегі 1.4 ТеВ құрайды. Төртінші ұрпақ нейтрино массасының ең төменгі шегі қазіргі уақытта шамамен 60 ГеВ (басқа 3 нейтрино массасының ең жоғарғы шегінен миллиондаған есе үлкен). Төртінші ұрпақ зарядталған лептон массасының ең төменгі шегі қазіргі уақытта 100 ГеВ, ал унитарлық ережелерге сәйкес ұсынылған ең жоғарғы шегі 1.2 ТеВ. Егер Койде формуласы қолдануын жалғастырса, төртінші ұрпақ зарядталған лептонның массасы 44 ГеВ (жоққа шығарылды) болар еді, ал b′ және t′ тиісінше 3.6 ТеВ және 84 ТеВ болуы керек. (LHC-дегі протонның максималды энергиясы шамамен 6 ТеВ құрайды.)
Шығу тегі
Фермиондардың бірнеше ұрпақтарының пайда болуы және олардың санының 3-ке тең болуы физиканың шешілмеген мәселесі болып табылады. Көгал теориясы бірнеше ұрпақтың себебін түсіндіреді, бірақ нақты саны D-брандардың қиылысуының жинақылану ерекшеліктеріне байланысты. Сонымен қатар, белгілі бір орбифолдтарға жинақыланған 10 өлшемдегі Е біріктірілген теориялары табиғи түрде материяның 3 ұрпағын қамтиды. Бұған гетеротикалық жүйе теориясының көптеген модельдері кіреді. Стандартты кванттық өріс теориясында, белгілі бір шарттарда, бір фермион өрісі eπ≈23 және e2π≈535 шамасындағы масса қатынастарымен бірнеше фермион полюстерін тудыра алады, бұл фермион массаларының кезекті ұрпақтар арасындағы үлкен қатынастарын және олардың шығу тегін түсіндіруге мүмкіндік береді.