Вопрос 3

В настоящее время известно (вместе с резонансами и античастицами) около 500 частиц. Однако всё это многообразие фактически сводится (если не учитывать античастицы) к 12 фермионам – 6 кваркам и 6 лептонам, которые, участвуя в различных взаимодействиях (исключая гравитационное), обмениваются четырьмя бозонами (фотоном , глюоном g, бозонами W и Z). Эти 12 вышеупомянутых фермионов, имеющих спин ½, естественным образом делятся на три группы, которые принято называть поколениями (или семействами). В каждом из поколений 2 кварка и 2 лептона.

Поколения (семейства)		1	2	3	Заряд Q
Кварки	верхние нижние	u d	c s	t b
Лептоны	нейтрино заряженные	e			0 1е

Кварки и лептоны (их размер  10^17 см) на современном уровне знаний точечны (бесструктурны), т.е. выглядят (ведут себя) так, как будто не состоят из более элементарных объектов. Их называют фундаментальными фермионами и из них состоят все более крупные объекты – адроны, ядра, атомы молекулы и т.д.

Четыре вышеупомянутых бозона (, g, W и Z) имеют спин 1 и являются квантами трёх фундаментальных полей – электромагнитного, сильного и слабого. Эти частицы называют фундаментальными или калибровочными бозонами.

Таким образом, наш мир можно свести к фундаментальным фермионам, взаимодействующим посредством обмена фундаментальными бозонами.

Кварки участвуют во всех видах взаимодействий. Лептоны не участвуют в сильных взаимодействиях.

Все протяжённые (т.е. имеющие размер  10^13 см) сильновзаимодействующие частицы (включая резонансы), называются адронами и состоят из кварков. Есть два типа адронов:

барионы − состоят из трёх кварков ( ), не обязательно разных, имеют барионное квантовое число (заряд) B = 1 и полуцелый спин, т.е. являются фермионами;

мезоны − состоят из кварка и антикварка ( ), имеют барионный заряд B = 0 и целый спин, т.е. являются бозонами.

Всеми вышеперечисленными типами частиц (фундаментальные фермионы и бозоны, адроны (барионы  мезоны) и их античастицами исчерпываются известные элементарные частицы. Полное число частиц меняется, так как открываются новые частицы.

Сформулируем точное различие частицы и античастицы. При переходе от частицы к античастице (и наоборот) знаки всех аддитивных квантовых чисел (имеющих смысл зарядов различного типа) меняются на противоположные, т.е.

меняют знак Q, B, L_e, L_, L_, I₃, S, C, B, T, а также магнитный момент частицы, так как он пропорционален электрическому заряду Q;

не меняются масса частицы, её спин, изоспин I, величина магнитного момента, время жизни и способ распада частицы (с заменой всех частиц распада на античастицы).

Если все аддитивные квантовые числа (заряды) частицы равны нулю, то такая частица тождественна своей античастице, т.е. ничем от неё не отличается. Подобные частицы называют истинно нейтральными. Примерами таких частиц являются фотон (), -мезон и Z-бозон.

Чётность антифермиона противоположна чётности фермиона. Чётности бозона и антибозона совпадают.

При столкновении частица и античастица исчезают (аннигилируют), превращаясь в гамма-кванты.