По величине спина

Все элементарные частицы делятся на два класса:

• фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

• бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны).

По видам взаимодействий

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы

• адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:

  • мезоны (адроны с целым спином, то есть бозоны);

  • барионы (адроны с полуцелым спином, то есть фермионы). К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядроатома, — протон и нейтрон.

Составные частицы.

Андроны: Барионы (список): Нуклоны (Протон • Нейтрон) • Антинуклоны (Антипротон • Антинейтрон) • Гипероны • Экзотические барионы •Пентакварки

Мезоны (список): Пионы • Каоны • Кварконий • Экзотические мезоны

Разное: Атомные ядра • Атомы (Периодическая система элементов) • Молекулы

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

• лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

• кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

• калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

  • фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

  • восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;

  • три промежуточных векторных бозона W⁺, W⁻ и Z⁰, переносящие слабое взаимодействие;

  • гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально.

75. Классификация элементарных частиц.

См. предыдущ. 76. Адроны. Закон сохранения барионного числа.

АДРОНЫ (от греч. hadros - большой, сильный; термин предложен Л. Б. Окунем в 1967) - частицы, участвующие в сильном взаимодействии. К А. относятся все барионы (в т. ч. нуклоны - протон и нейтрон) имезоны .А. обладают сохраняющимися в процессах сильного взаимодействия квантовыми числами:странностью, очарованием, красотой и др. Близкие по массе А., имеющие одинаковые значения указанных квантовых чисел, а также барионного числа и спина могут быть объединены в изотопические мулътиплеты, включающие в себя А. с разл. электрич. зарядами. Изо-топич. мультиплеты, отличающиеся только значением странности, могут быть, в свою очередь, объединены в более обширные группы частиц - супермультиплеты группы SU(3).

В свободном состоянии все А. (за исключением, возможно, протона) нестабильны. Те из них, к-рые распадаются благодаря сильному взаимодействию, имеют характерное время жизни порядка 10^-22-10^-23 с и наз. резонансами (исключение - т. н. векторные мезоны со скрытым очарованием:   или со скрытой красотой:  , время жизни к-рых   10^-20 с). А., распадающиеся за счёт слабого или эл--магн. взаимодействия, условно наз. стабильными, поскольку их время жизни на много порядков больше характерного времени сильного взаимодействия. К "стабильным" (в этом смысле) А., кроме нуклонов, относятся гипероны   , барион  , мезоны  , очарованные мезоны D, F и др.

А. представляют собой составные системы. Большинство известных барионов состоит из трёх кварков, а мезоны - из кварка и антикварка (хотя возможны состояния, имеющие в своём составе дополнит. пары кварк-антикварк, напр. мезоны из 2 кварков и 2 антикварков). Значения странности, очарования и др. подобных квантовых чисел А. определяются числом входящих в их состав странных (я), очарованных (с), красивых (6) и др. возможных типов (ароматов) кварков и соответствующих антикварков.

В физике элементарных частиц барионное число — это приблизительно сохраняемоеквантовое число системы. Оно определяется как:

где  — количество кварков и  — количество антикварков.

Почему присутствует деление на три? По законам сильного взаимодействия полный цветовой заряд частицы должен быть нулевым («белым»), (см. конфайнмент). Этого можно добиться соединением кварка одного цвета с антикварком соответствующего антицвета, создав мезон с барионным числом 0, либо соединением трёх кварков в барион с барионным числом +1, либо соединением трёх антикварков в антибарион с барионным числом −1. Другая возможность — это экзотический пентакварк, состоящий из 4 кварков и 1 антикварка.

Итак, кварки всегда присутствуют тройками, если считать антикварк за «отрицательный кварк». Исторически барионное число было определено задолго до того, как установилась сегодняшняя кварковая модель — так что вместо изменения определения физики просто разделили давно известное квантовое число на три. Теперь более точно говорить о сохранениикваркового числа.

Частицы, не содержащие кварков или антикварков, имеют барионное число, равное 0. Это такие частицы, как лептоны, фотон, W и Z бозоны.

Барионное число приблизительно сохраняется во всех взаимодействиях Стандартной модели. Исключение — это хиральная аномалия. Также известно, что электрослабые сфалеронынарушают закон сохранения барионного числа.

«Сохранение» означает, что сумма барионных чисел всех частиц в начале реакции равна сумме барионных чисел всех частиц в конце реакции.

Нарушение закона сохранения барионного числа может привести к распаду протона, но только если барионное число изменится на единицу.

До сих пор являющаяся лишь гипотезой идея теории великого объединения позволяет превратить барион в пучок лептонов, тем самым нарушив законы сохранения лептонного и барионного чисел. Если бы распад протона был зарегистрирован, он явился бы примером такого процесса.