Семинар 8 свойства элементарных частиц Виды взаимодействия

В физике микромира все т. н. «лементарные» частицы делятся на два класса: фермионы и бозоны. Фермионами называются частицы с полуцелыми значениями спина, бозонами – частицы с целыми значениями спина. Спином называется минимальное значение момента количества движения, которое может иметь частица. Спины и другие моменты импульсов измеряются в единицах . Для частиц с ненулевой массой покоя спин равен моменту импульса частицы в системе координат, связанной с ней самой. Фундаментальными называют частицы, которые по современным представлениям не имеют внутренней структуры. В природе существует 12 фундаментальных фермионов со спином 1/2.

Таблица 8.1

Фундаментальные фермионы

Фундаментальные фермионы
Взаимодействия				Поколения			Q/e
				1	2	3
		Слабое	лептоны				0
	Электромагнитное			е			–1
Сильное			кварки	u	c	t	+2/3
				d	s	b	–1/3

12 фундаментальным фермионам соответствуют 12 антифермионов. Взаимодействие фундаментальных фермионов осуществляется за счет четырех типов взаимодействий: сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного. Гравитационные силы практически не проявляются в физике элементарных частиц, так как, например, интенсивность гравитационного взаимодействия двух протонов составляет не более 10^³⁸ интенсивности их электромагнитного взаимодействия. Основные величины, характеризующие взаимодействия, приведены в табл. 8.2.

В табл. 8.2 – число типов кварков или кварковых ароматов; – масштабный параметр квантовой хромодинамики (КХД) равный 0.2 ГэВ.

Взаимодействия фундаментальных фермионов осуществляются обменом бозонами, являющимися квантами полей взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие реализуется путем обмена квантами электромагнитного поля, т.е. -квантами, масса которых равна нолю. -кванты (фотоны) электрически нейтральны и, как следствие, не взаимодействуют между собой. В электромагнитном взаимодействии участвуют заряженные лептоны и кварки, т. е. фундаментальные частицы, занимающие последние три строки в табл. 8.1.

Таблица 8.2

Различные виды взаимодействий

Взаимодействие	Константа взаимодействия	Сечение, см²	Время жизни, с	Радиус, см
Сильное	, при см, с уменьшением падает
Электромагнитное
Слабое
Гравитационное		—	—

Сильное взаимодействие осуществляется обменом восьмью «цветными» глюонами. Глюоны электрически нейтральны, имеют нулевую массу и спин равный единице. В отличие от фотонов, глюоны обладают «зарядом» поля, переносчиками которого они являются, т. е. глюоны сами, независимо от кварков, создают вокруг себя глюонное поле и взаимодействуют между собой. Слабое взаимодействие, в котором принимают участие все фундаментальные частицы, переносится массивными W- и Z-бозонами. Существуют положительные W⁺ и отрицательные W^-бозоны, а также электрически нейтральные Z -бозоны. Массы W- и Z-бозонов велики — выше 80 ГэВ/с². Следствием больших масс промежуточных бозонов слабого взаимодействия является малая по сравнению с электромагнитной константой константа слабого взаимодействия. Восемь глюонов, фотон, W и Z бозоны являются фундаментальными бозонами, спины которых равны 1.

Название бозона	Взаимодействие	Символ	Масса	Цвет	Спин
Фотон	Электромагнит-ное		0	бесцветный	1^
Промежуточнй бозон	Слабое		80,4 ГэВ 91,2 ГэВ	бесцветные	1
Глюон	Сильное		0		1^
Гравитон	Гравитацион- ное		0	бесцветный	2