Tofauti kuu kati ya leptoni na quarks ni kwamba leptoni zinaweza kuwepo kama chembe moja katika asili ilhali quark haziwezi.
Hadi karne ya 20, watu waliamini kuwa atomi hazigawanyiki, lakini wanafizikia wa karne ya 20 waligundua kwamba atomi inaweza kugawanywa katika vipande vidogo, na atomi zote zimeundwa kwa nyimbo tofauti. Kwa hiyo, tunawaita chembe za subatomic: yaani, protoni, neutroni na elektroni. Zaidi ya hayo, uchunguzi unaonyesha kuwa chembe ndogo ndogo pia zina muundo wa ndani, na zinaundwa na vitu vidogo. Kwa hivyo, chembe hizi hujulikana kama chembe za msingi, na Leptons na Quarks ni kategoria zao kuu mbili.
Leptons ni nini?
Chembe ambazo tunaziita elektroni, muoni (µ), tau (Ƭ) na neutrino zinazolingana nazo hujulikana kama familia ya leptoni. Zaidi ya hayo, elektroni, muon, na tau zina chaji ya -1, na zinatofautiana kutoka kwa wingi pekee. Hiyo ni; muon ni mkubwa mara tatu zaidi ya elektroni, na tau ni kubwa mara 3500 kuliko elektroni. Kwa kuongezea, neutrinos zao zinazolingana hazina upande wowote na hazina misa. Jedwali lifuatalo linatoa muhtasari wa kila chembe na mahali pa kuzipata.
| 1st Kizazi | 2nd Kizazi | 3rd Kizazi |
| Elektroni (e) | Muon (µ) | Tau (Ƭ) |
|
– Katika atomi – Imetolewa katika mionzi ya beta |
– Nambari kubwa zinazozalishwa katika anga ya juu na mionzi ya cosmic | – Huangaliwa katika maabara pekee |
| Neutrino ya elektroni (νe) | Muon neutrino (νµ) | Tau neutrino (νƬ) |
|
– Beta radioactivity – Vinu vya nyuklia – Katika athari za nyuklia kwenye nyota |
– Imetolewa katika vinu vya nyuklia – Mionzi ya angahewa ya juu ya ulimwengu |
– Inazalishwa katika maabara pekee |
Mbali na hilo, uthabiti wa chembe hizi nzito zaidi unahusiana moja kwa moja na wingi wao. Kwa hivyo, chembe kubwa zina nusu ya maisha mafupi kuliko zile kubwa zaidi. Elektroni ni chembe nyepesi zaidi; ndio maana ulimwengu umejaa elektroni, na chembe zingine ni adimu. Ili kuzalisha muons na chembe za tau, tunahitaji kiwango cha juu cha nishati. Katika siku hizi, tunaweza kuwaona tu katika hali ambapo kuna wiani mkubwa wa nishati. Zaidi ya hayo, tunaweza kutoa chembe hizi katika vichapuzi vya chembe. Kwa kuongezea, leptoni huingiliana kwa mwingiliano wa sumakuumeme na mwingiliano dhaifu wa nyuklia. Kwa kila chembe ya leptoni, kuna anti-chembe tunazoziita antileptoni. Na, anti-leptoni hizi zina wingi sawa na chaji kinyume. Kwa mfano, kinga-chembe ya elektroni ni positroni.
Quarks ni nini?
Quark ni aina nyingine kuu ya chembe msingi. Tunaweza kufupisha mali ya chembe katika familia ya quark kama ifuatavyo. (Uzito wa kila chembe uko chini ya jina lenyewe. Hata hivyo, usahihi wa nambari hizi unaweza kujadiliwa sana).
| Chaji | 1st Kizazi | 2nd Kizazi | 3rd Kizazi |
| +2/3 |
Juu 0.33 |
Haiba 1.58 |
Juu 180 |
| -1/2 |
Chini 0.33 |
Ajabu 0.47 |
Chini 4.58 |
Quarks huingiliana kwa nguvu kwa mwingiliano mkali wa nyuklia ili kuunda mchanganyiko wa quark. Mchanganyiko huu hujulikana kama Hadrons. Kwa kweli, quark pekee hazipo katika ulimwengu wetu kwa sasa. Zaidi ya hayo, ni jambo la busara kusema kwamba quark zote katika ulimwengu huu ziko katika aina fulani ya hadrons. (Aina zinazojulikana zaidi na zinazojulikana za hadroni ni protoni na neutroni).
Kielelezo 01: Muundo Wastani wa Chembe za Msingi
Mbali na hilo, quarks wana mali ya ndani inayojulikana kama nambari ya baryoni. Quarks zote zina idadi ya baryoni ya 1/3, na anti-quarks zina nambari za baryoni -1/3. Zaidi ya hayo, katika mwitikio unaohusisha chembe msingi, sifa hii inayojulikana kama nambari ya baryon huhifadhiwa.
Zaidi ya hayo, quarks wana sifa nyingine inayoitwa ladha. Nambari imepewa kuashiria ladha ya chembe inayojulikana kama nambari ya ladha. Ladha hizo hurejelewa kama Upness (U), Downness (D), Strangeness (S) na kadhalika. Up quark ina upness wa +1 wakati 0 ajabu na Downness.
Kuna tofauti gani kati ya Leptons na Quarks?
Elektroni, muon (µ), tau (Ƭ) na neutrino zinazolingana zinajulikana kama familia ya leptoni huku quark ni aina ya chembe ya msingi na kijenzi cha msingi cha maada. Wakati wa kulinganisha zote mbili, tofauti kuu kati ya leptoni na quarks ni kwamba leptoni zinaweza kuwepo kama chembe za kibinafsi katika asili ambapo quark haziwezi.
Aidha, leptoni zina gharama kamili ilhali quark zina gharama za sehemu. Pia, kuna tofauti zaidi kati ya leptoni na quark wakati wa kuzingatia nguvu ambazo chembe hizi zinaweza kukabiliwa nazo. Hiyo ni; leptoni hukabiliwa na nguvu dhaifu, nguvu ya uvutano na nguvu ya sumakuumeme ambapo quark huathiriwa na nguvu kali, nguvu dhaifu, nguvu ya uvutano na nguvu ya sumakuumeme.
Muhtasari – Leptons vs Quarks
Kwa ufupi, quark na leptoni ni kategoria mbili za chembe msingi. Zinapochukuliwa pamoja, hujulikana kama fermions. Zaidi ya yote, tofauti kuu kati ya leptoni na quarks ni kwamba leptoni zinaweza kuwepo kama chembe za kibinafsi katika asili ambapo quark haziwezi.
