Типы элементарных частиц.

Определения. Вообще говоря, элементарными (по смыслу) следует называть микрочастицы, относительно которых нет до­казательств, что они являются составными. Это электроны, протоны, нейтроны и многие другие частицы. Впрочем, ситуа­ция с определением элементарности усложнилась после того, как выяснилось, что многие из этих частиц имеют внутреннюю структуру.

Несмотря на последнее обстоятельство, за этими частицами сохранили название элементарных. И это в какой-то степени оправдано: во всех наблюдавшихся до сих пор явлениях каж­дая такая частица ведет себя как единое целое. Они могут рож­даться и превращаться друг в друга, но не расщепляться на ка­кие-то составляющие.

Поэтому теперь в ядерной физике под термином «элементар­ные частицы» понимается общее название для всех субатомных частиц, отличных от атомов и атомных ядер.

Итак, частицы, которые мы называем элементарными, ве­дут себя как единое целое и обладают способностью к рожде­нию и взаимопревращению. Например, распад нейтрона: п -> р + е^- + ν_e, (9.1)

где нейтрон превращается в протон, электрон и нейтрино. Про­дукты распада нейтрона возникают только в самом этом про­цессе. До распада их не было совсем, и они не входили в состав нейтрона.

Для элементарных частиц весьма характерна их многочис­ленность. В настоящее время открыто несколько сотен частиц, подавляющее большинство которых нестабильно.

Классификация элементарных частиц.

Таблица 1. Элементарные частицы (Q - Электрич. заряд, L - Лептонный заряд, B - Барионный заряд, S - Странность, C - Очарование).

Примечания к табл.:
¹⁾ Кроме частиц, приведенных в таблице, имеется большое число короткоживущих частиц, т.н. резонансов, обладающих временем жизни ~ 10^-20-10^-24 с. Для приведенных частиц в таблице частиц не указаны их античастицы, имеющие те же значения массы, времени жизни, но противоположные знаки квантовых чисел Q, L, B, S, C.
²⁾ Полагают, что , хотя спец. оснований для этого нет; возможно, .
³⁾ Если , то естественно ожидать, что нейтрино нестабильны, хотя их время жизни может быть очень велико.
⁴⁾ Приведена теоретич. оценка.
⁵⁾ Глюон как свободная частица не существует.
⁶⁾ Теоретич. оценка.
⁷⁾ K⁰- и -мезоны не обладают определенным временем жизни.
⁸⁾ Должны существовать барионы с большими значениями C (до 3), а также с ненулевыми значениями C и S одновременно; обнаружен мезон ( ГэВ), у к-рого не равно нулю квантовое число ("красота"), приписываемое b-кварку.

В зависимости от характера взаимодействия Э.ч. подразделяются на неск. больших групп. Э.ч., которым присуще сильное взаимодействие, наз. адронами. К адронам относятся протоны, нейтроны и более тяжелые частицы гипероны (все они объединены общим названием барионы), а также большое семество мезонов. Частицы, не участвующие в сильном взаимодействии, наз. лептонами. Сюда относятся помимо электрона два других заряженных лептона: мюон и таулептон ("тяжелый лептон"), которые соответственно в 210 и 3600 раз массивней электрона. Каждому заряженному лептону отвечает нейтральная частица - нейтрино (электронное, мюонное или тау). Масса нейтрино равна нулю или весьма мала. Известно 6 (с античастицами 12) типов лептонов. Нейтральные лептоны участвуют только в слабом взаимодействии; заряженные - с слабом и электромагнитном. У нейтральных лептонов, впрочем, могут быть очень малые магнитные моменты. Адроны участвуют в сильном, слабом и эл.-магн. взаимодействиях. И, разумеется, все частицы взаимодействуют гравитационно. Кроме перечисленных, имеются частицы - переносчики взаимодействий: фотон (переносчик электро-магнитного взаимодействия), W- и Z⁰-бозоны (переносчики слабого взаимодействия). Считается, что существует переносчик гравитационного взаимодействия - гравитон.