Лептоны

Вторая группа известных сегодня элементарных частиц по­лучила название лептонов. Перечислим известные в данное вре­мя лептоны — это: е_ — электрон, v_e — электронное нейтрино, μ_- — мюон, v_μ — мюоняое нейтрино, τ_ — лептон или таон, v_r — таонное нейтрино. Название лептон означает "легкая частица" и производится от соответствующего греческого слова. Электри­ческие заряды лептонов и антилептонов равны ±е или 0. Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии. Исторически термин лептон связан с тем, что известные до 1975 года лептоны имели массы, меньшие всех других элементарных частиц, (кроме фото­на). Именно в 1975 г. был открыт тяжелый г-лептон, имеющий массу 3487т_е, т.е. почти в 2 раза большую, чем у протона.

Элементарным частицам, относящимся к группе лептонов, приписывают лептонный заряд L. Считается, что для лептонов L = +1, а для антилептонов (е₊, μ₊, τ_с, v_e, v_μ, v_τ) L = 0. Имеет место закон сохранения лептонного заряда.

Эксперименты по рассеянию элементарных частиц на элек­троне показывают, что рассеяние происходит таким образом, как будто радиус электрона равен нулю. Другими словами электрон рассматривается как точеная бесструктурная частица.

Глюоны являются переносчиками взаимодействия ме­жду кварками так же, как фотоны переносят электромагнитное взаимодействие. Фотон с современной точки зрения также явля­ется истинно элементарной частицей, тождественно совпадаю­щей со своей античастицей.

Итак, пер числим те группы частиц, которые современная фи­зика считает элементарными. Это фотон, кварки, глюоны и лептоны.

Физика, микромира продолжает развиваться, поэтому не ис­ключено, что скоро будут открыты новые типы неизвестных ра­нее частил или частиц, которые сегодня рассматриваются как гипотетические.

Физический вакуум

Английский физик Поль Дирак составил уравнение, которое описывало движение электронов с учетом законов как кванто­вой механики, так и теории относительности, и получил неожи­данный результат. Формула для энергии электрона давала два решения: одно соответствовало обычному электрону, другое — частице, у которой энергия была отрицательной. В квантовой теории поля состояние частицы с отрицательной энергией ин­терпретируется как состояние античастицы, обладающей поло­жительной энергией и положительным зарядом.

Дирак высказал предположение, что физический вакуум за­полнен электронами с отрицательной энергией без предела для величины отрицательной энергии и поэтому нет ничего похоже­го на дно в этом электронном океане. Поэтому вакуум нередко называют "морем Дирака". Мы не наблюдаем электронов с отри­цательной энергией именно потому, что они образуют сплошной невидимый фон, на котором происходят все мировые события.

Чтобы лучше понять это, рассмотрим такую аналогию. Че­ловеческий глаз видит только то, что движется относительно не­го. Очертания неподвижных предметов мы различаем только по­тому, что человеческий зрачок сам постоянно движется. А мно­гие животные, например, лягушка, не обладающие таким аппа­ратом зрения, способны, не двигаясь, видеть только движущиеся предметы.

Все мы, живущие в "море Дирака", оказываемся по отноше­нию к нему в положении лягушки, застывшей на берегу пруда в ожидании неосторожного насекомого. Летящее насекомое она видит и не шелохнувшись, а пруд в безветренную погоду без бе­гущей по воде ряби для нее невидим. Так и для нас: фоновые электроны мы не видим, а в роли насекомого выступают редкие по сравнению с фоновыми электронами частицы с положитель­ной энергией.

Когда же в "море Дирака" попадает богатый энергией све­товой квант-фотон, то он может выбить из него один из электро­нов с отрицательной энергией. При этом родятся две частицы, которые можно обнаружить экспериментально: электрон с поло­жительной энергией и антиэлектрон (позитрон) тоже с положи­тельной энергией, но еще и с положительным зарядом. В 1932 году американский физик К.Д.Андерсон экспериментально обнаружил позитрон в космических лучах.