Фундаментальное взаимодействия. Элементарные частицы, их классификация, методы решения. Законы сохранения в физике элементарных частиц.

В настоящее время различают 4 типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие свойственно частицам, называемым адронами, к числу которых принадлежат в частности протон p и нейтрон n. Наиболее известное его проявление – ядерные силы.

В электромагнитном взаимодействии непосредственно участвуют только электрически заряженные частицы и фотоны.Одно из его проявлений – кулоновские силы.

Слабое взаимодействие присуще всем частицам кроме фотонов. Наиболее известное его проявление – бета-превращения атомных ядер.

Гравитационное взаимодействие свойственно всем телам Вселенной и, проявляясь в виде сил всемирного тяготения.

Все элементарные частицы разделяются на 3 группы: фотоны, лептоны и адроны.

Зарядовая независимость в сильных взаимодействиях позволяет близкие по массе частицы рассматривать как различные зарядовые состояния одной и той же частицы. Подобные группы “похожих” элементарных частиц, одинаковым образом участвующих в сильном взаимодействии, имеющие близкие массы и отличающиеся зарядами, называют изотопическими мультиплетами. Каждый изотопический мультиплет характеризуется изотопическим спином(изоспином) I, определяющим число частиц в изотопическом мультиплете n=2I+1. Изоспин нуклона I=½, пиона I=1 и т.д.

Элементарным частицам приписывают ещё одну квантово-механическую величину – чётность Р – квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции элементарной частицы или системы частиц относительно зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая ф-я не меняет знака, то Р= +1, если меняет знак, то Р= -1. Из квантовой механики вытекает закон сохранения чётности, согласно которому при всех превращениях, претерпеваемых системой частиц, чётность состояния не изменяется.

В результате исследования особенностей поведения гиперонов и К-мезонов было открыто квантовое число – странность S, которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий.

К группе фотонов относится единственная частица – фотон.

К группе лептонов относятся электрон, мюон, таон, соответствующие им нейтрино, а также их античастицы. Все лептоны имеют спин, равный ½,и, следовательно, являются фермионами, подчиняющимися статистике Ферми-Дирака. Поскольку лептоны в сильных взаимодействиях не участвуют, изотопический спин им не приписывается. Странность лептонов равна нулю.

Основную часть элементарных частиц составляют адроны. К ним относятся пионы, каоны, нуклоны, гипероны, -мезоны а также их античастицы. Адроны разделяются на подгруппы барионов (нуклоны и гипероны) и мезонов (пионы, каоны, -мезон). Для барионов спин равен ½, а странность различна для различных частиц этой группы. Мезоны имеют спин, равный нулю. У каонов S=+1, а пионы и -мезоны имеют нулевую странность.

Для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц, обусловленных сильными взаимодействиями, выполняются все законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса, зарядов, изоспина, странности и чётности). В процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями, не сохраняются только изоспин, странность и чётность.

Также высказана гипотеза о существовании более фундаментальных частиц, которые служат базисом для всех адронов – кварков. Кварковая модель позволила определить почти все квантовые числа адронов.