1. Понятие элементарности

Понятие элементарности было сформулировано ещё древними греками и в переводе означает неделимый, первичный. Ещё совсем недавно в начале 20-го века под элементарной частицей понимали атом, который лежал в основе созданной Менделеевым периодической системы элементов.

Открытие Беккереля (1896г.), а затем опыты Резерфорда (1911г.) показали, что атом не является элементарным, а состоит в свою очередь из ядра и электронной оболочки. Последующие открытия, сделанные в конце 20-х годов начале 30-х годов прошлого столетия показали, что и само ядро атома не является элементарным образованием, а само в свою очередь состоит из протонов и нейтронов. По мере развития экспериментальной базы как по ускорителям, так и по регистраторам (детекторам) стало ясно, что протоны и нейтроны также являются сложными образованиями, состоящими из кварков, скреплённых ядерным клеем –глюонами. В современной физике термин «элементарная частица» обычно употребляется не в своём точном значении, а менее строго –для наименования большой группы мельчайших частиц материи, подчинённых условию, что они не являются атомами или атомными ядрами (исключение составляет протон).

В настоящее время список элементарных частиц, включая их античастицы, составляет более 500 наименований. Наличие античастиц вытекает из закона зарядовой симметрии, который гласит, что законы природы не меняются при смене всех зарядов частиц на противоположные. Здесь слово заряд понимается в широком смысле (электрический, барионный, лептонный, странный и т.д.). В эту группу помимо протона входят: нейтрон, электрон, мюон, -мезон, нейтрино трёх типов (электронное, мюонное и -нейтрино), -мезон; а также странные частицы (гипероны и К-мезоны), разнообразные резонансы, мезоны со скрытым очарованием (J/, ’ и др.), «очарованные» частицы, ипсилон- частицы (), «красивые» частицы, промежуточные векторные бозоны (W^, Z⁰). Большинство перечисленных частиц не удовлетворяет строгому определению элементарности, поскольку, по современным представлениям они (в частности, протон и нейтрон) являются составными системами. Общее свойство всех этих частиц заключается в том, что они являются специфическими свойствами существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы (иногда по этой причине их называют «субъядерными» частицами).

В соответствии со сложившейся практикой термин «элементарная частица» употребляется в качестве общего названия субъядерных частиц. Ниже при обсуждении частиц, претендующих на роль первичных элементов материи, будет использоваться термин «истинно элементарная частица».

2. История вопроса. Открытие элементарных частиц в космических лучах и в опытах на ускорителях.

Открытие элементарных частиц явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце 19в. Первой отрытой элементарной частицей был электрон(е^-) – носитель отрицательного электрического заряда в атомах (английский физик Дж. Дж. Томсон, 1897г.). В 1919г. английский физик Э. Резерфорд обнаружил среди частиц, выбитых из ядер, протоны(р) – частицы с положительным единичным зарядом и массой, равной массе ядра легчайшего изотопа водорода. Другая частица, входящая в состав атомного ядра, - нейтрон(n) – была открыта в 1932г. английским физиком Дж. Чедвиком. Представление о фотоне() как частице берёт своё начало с работы немецкого физика М. Планка (1900г.), выдвинувшего предположение о квантованности электромагнитного излучения абсолютно чёрного тела. В развитие идеи Планка Альберт Эйнштейн постулировал, что электромагнитное излучение является потоком отдельных квантов (фотонов) и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта (1905г.). Существование нейтрино() как особой элементарной частицы впервые предположено В. Паули в 1930г. для обоснования результатов опытов по -распаду , а экспериментально электронное нейтрино открыто лишь в 1953г. американскими физиками Ф. Райнес и К. Коуэн. Позитрон(e⁺) –частица с массой электрона, но с положительным электрическим зарядом, была обнаружена в составе космических лучей американским физиком К. Андерсоном в 1932г. Позитрон был первой открытой античастицей. В 1936г. К. Андерсом и С. Неддермейер (США) обнаружили при исследовании космических лучей мюоны () (обоих знаков электрического заряда) – частицы с массой около 200 масс электрона, а в остальном удивительно близкие к е^- и е⁺. В 1947г. также в космических лучах группой английского физика С. Пауэлла были открыты -мезоны (^-- и ⁺). Существование подобных частиц было предположено японским физиком Х. Юкавой с 1935г. В конце 40-х начале 50-х годов была открыта большая группа частиц с необычными свойствами, получивших название «странных». Первые частицы этой группы – К⁺ и К^- -мезоны,  -гипероны- были обнаружены в космических лучах. Последующие открытия странных частиц были сделаны с помощью ускорителей заряженных частиц. С начала 50-х годов ускорители превратились в основной инструмент для исследования элементарных частиц. В эти годы были открыты антипротон (1955г.), антинейтрон (1956г.), антисигма -гипероны (1960г.), а в 1964г. самый тяжёлый гиперон ^-. В 1960-х годах на ускорителях было обнаружено большое число крайне неустойчивых (по сравнению с другими нестабильными элементарными частицами) частиц, получивших название резонансов и составляющих основную массу элементарных частиц. В 1962г. выяснилось, что существует два разных нейтрино: электронное и мюонное. В 1974г. были обнаружены массивные (в 3-4 протонные массы) и в то же время относительно устойчивые (по сравнению с обычными резонансами) J/ и  -частицы. Они оказались тесно связанными с новым семейством элементарных частиц –«очарованных», первые представители которого (D⁰, D⁺, F⁺, ) были открыты в 1976г. В 1975г. был обнаружен тяжелый аналог электрона и мюона  -лептон, а в 1977г. -частицы с массой порядка десяти протонных масс. В 1981г. были открыты «красивые» частицы, а в 1983г. промежуточные векторные бозоны (W^, Z).