Классификация элементарных частиц

Элементарные частицы

· Первоначально было установлено, что ядро состоит из протонов (+) и нейтронов (о).

· Открытие радиоактивности показало, что в ядре возможны различные превращения частиц, например, β-распад нейтрона: n˚ → p⁺ + ē +ν_e (антинейтрино).

· Позднее было предсказано, а вскоре и доказано существование античастиц (это частицы с такими же характеристиками, что и обычные, но с зарядом противоположного знака: для электрона ↔ позитрон, для протона ↔ антипрпотон и т.д.). При столкновении частицы и античастицы происходит аннигиляция (переход вещества в излучение) → образуется фотон (т.е. квант электромагнитного поля) и наоборот!

В видимой части Вселенной антивещество, состоящее из античастиц, не обнаружено. Хотя античастицы и возникают в космических лучах, их длительное существование в нашей Вселенной невозможно, т.к. при столкновении обычной частицы и античастицы происходит их взаимное уничтожение с образованием фотонов (аннигиляция).

· Затем были теоретически предсказаны «еще более элементарные» частицы, чем p и n – а именно их составляющие – кварки. (электрон и фотон все еще сохраняют статус неделимых частиц.)

Кварк – элементарная частица, имеющая дробный электрич. заряд (+⅔; -⅓…) и характеризующаяся особыми св-вами («цвет», «аромат», «очарование» и т.д. Эти свойства ничего общего с настоящими цветами и запахами не имеют – просто физики, которые их так назвали, обладали своеобразным чувством юмора).

Кварки не встречаются в свободном состоянии, они не способны покинуть элементарные частицы. Кварковая теория создана в 1964 г.

Предположительно существуют 36 разновидностей кварков, которые в разных сочетаниях (по 2 или по 3) дают разные элементарные частицы.

Протоны и нейтроны не состоят из кварков, как дом из кирпичей; кварки постоянно взаимодействуют между собой. В рамках атомного ядра также нет постоянных протонов и нейтронов, они непрерывно переходят друг в друга. Подобно облакам электронов вокруг атома, само ядро представляет собой протонно-нейтронное облако, в котором в каждый момент находится вполне определенное количество протонов и нейтронов.

Классификация элементарных частиц

В настоящее время открыто ~ 400 эч. Их исследования ведутся на ускорителях высоких энергий.

Существует несколько классификаций ЭЧ. Мы рассмотрим одну из них – в её основе лежит свойство ЭЧ – спин (S).

Спин – это собственный момент количества движения частицы. Он имеет всегда положительный знак (+), а его значение может быть целое (0,1,2…) или полуцелое (1/2, 3/2 …).

Частицы с полуцелым спином могут находиться вместе лишь при условии, что их физические параметры ( заряд, масса, «аромат» и т.п .) не одинаковы – этот закон носит название Запрета Паули.

		ЭЧ
Фермионы имеют полуцелый S и подчиняются запрету Паули Они образуют атомное вещество		Бозоны имеют целый S и не подчиняются запрету Паули Образуют различные излучения фотон (s=1), векторный бозон, глюон, гравитон
Лептоны 6 частиц (электрон, мюон, тау-лептон, и 3 вида нейтрино) и 6 античастиц	Кварки 6 частиц (ароматов) и 6 античастиц они могут группироваться по 2 или 3 и образовывать
Адроны группируются из 2-3 кварков	Резонансы неустойчивые частицы → быстро распадаются на стабильные частицы
Барионы из 3-х кварков протон, нейтрон	Мезоны из кварка и антикварка	Антибарионы из 3-х антикварков антипротон, антинейтрон