Элементарные частицы

В настоящее время известно несколько сотен элементарных частиц, что больше чем элементов таблицы Менделеева. Закономерно встает проблема классификации этих частиц.

По величине спина все элементарные частицы делятся на два класса:

бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны).

фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

По участию в различных видах взаимодействий элементарные частицы делятся на следующие группы:

Адроны (от греч. «адрос» — крупный, сильный)— частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они подразделяются, в свою очередь, на: мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами; барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон.

лептоны (от греч. «лептос» — легкий) —участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К лептонам относятся электронное и мюонное нейтрино, электрон, мюон и открытый в 1975 г. тяжелый лептон — t-лептон, или таон, с массой примерно 3487 m_e, а также соответствующие им античастицы. Являются фермионами. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино.

калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются фундаментальные взаимодействия (например, фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие)

Свойства основных элементарных частиц представлены в таблице 4.2.

Группа

Название частицы

Символ

Заряд, ед. е

Масса покоя, ед.me

Спин, ед. ħ

Изоспин I

Лептонное число L

Барионное число В

Странность S

Время жизни, с

частицы

античастицы

Фотоны

Фотон

g

_

Стабилен

Лептоны

Электрон

е-

е+

1/2

_

+1

Стабилен

Электронное нейтрино

1/2

_

+1

Стабильно

Мюон

m-

m+

206,8

1/2

_

+1

~10-6

Мюонное нейтрино

1/2

_

+1

Стабильно

Таон

t-

t+

1/2

_

+1

~10-12

Таонное нейтрино

1/2

_

+1

?

Мезоны

Пионы

p0

264,1

~10-16

p+

p-

273,1

~10-8

Каоны

974,0

1/2

+1

10-10¸10-8

966,2

1/2

+1

~10-8

Эта-мезон

h0

-

~10-19

Адроны

Барионы

Протон

1836,2

1/2

1/2

+1

Стабилен

Нейтрон

1838,7

1/2

1/2

+1

~103

Гипероны

лямбда

1/2

+1

-1

~10-10

сигма

1/2

+1

-1

~10-20

1/2

+1

-1

~10-10

1/2

+1

-1

~10-10

кси

1/2

1/2

+1

-2

~10-10

1/2

1/2

+1

-2

~10-10

омега

3/2

+1

-3

~10-10

Таблица 4.2.

Элементарным частицам, относящимся к группе лептонов, приписывают так назы­ваемое лептонное число (лептонный заряд) L. Обычно принимают, что L =+1 для лептонов (е ^–, m ^–, t ^–, n_e, n_m, n_t), L =–1 для антилептонов (е ⁺, m ⁺, t ⁺, , , ) и L =0 для всех остальных элементарных частиц. Введение L позволяет сформулировать закон сохрания лептонного числа: в замкнутой системе при всех без исключения процессах взаимопревращений элементарных частиц лептонное число сохраняется.

Основную часть элементарных частиц составляют адроны. К группе адронов от­носятся пионы, каоны, h-мезон, нуклоны, гипероны, а также их античастицы (в табл. 4.5 приведены не все адроны).

Адронам приписывают барионное число (барионный заряд) В. Адроны с В= 0образуют подгруппу мезонов (пионы, каоны, h-мезон), а адроны с В = +1 образуют подгруппу барионов. Для лептонов и фотона В= 0. Если принять для барионов В=+ 1, для антибарионов (антинуклоны, автигипероны) В =–1, а для всех остальных частиц В =0, то можно сформулировать закон сохранения барионного числа: в замкнутой системе при всех процессах взаимопревращений элементарных частиц барионное число сохраня­ется.

В последние годы увеличение числа элементарных частиц происходит в основном вследствие расширения группы адронов.