1.1 Лептон

Лептона називаються частинки, що не беруть участь в сильних взаємодіях і мають спін 1 / 2. В даний час встановлено існування шести заряджених лептонів: електрон е ^-, позитрон е ^+, мюони μ ^±, важкі лептони τ ^± (таони), і відповідних їм шести нейтральних частинок: електронне нейтрино ν _е і антинейтрино ν _e, мюонне нейтрино ν _μ і антинейтрино ν _μ, таонное нейтрино ν _τ і антинейтрино ν _т. Нейтральні лептони (нейтрино) не беруть участь і в електромагнітних взаємодіях.

Всі лептони, на сучасному рівні знання, можна назвати істинно елементарними частинками, так як у них на відміну від адронів не виявлена ​​внутрішня структура. У цьому сенсі лептони називаються точковими частинками.

Мюони були відкриті в космічних променях Андерсоном разом з Неддермайером в 1937 р. Наявність у мюонів власного (мюонного) нейтрино було встановлено пізніше - лише на початку 60-х років, τ-лептони були відкриті в 1975 р. у Стенфорді (США) групою експериментаторів на чолі з Перл (нар. 1927) в дослідах із зустрічними електрон-позитронними пучками. Тау-лептон виходить в результаті анігіляції електрона і позитрона (е ^{+ +} е ^- → τ ^{+ +} τ ^-). Маса мюона m _μ = 105,7 МеВ, час життя τ = 2,2 * 10 ^-6 с, маса таона m _τ ~ 1,8 ГеВ, час життя _τ τ ~ 5 * 10 ^-13 с.

Наші відомості про нейтрино дуже неповні. Особливо це стосується μ-і τ-нейтрино. Навіть щодо електронного нейтрино не можна категорично стверджувати, дорівнює чи є маса цієї частки нулю або тільки дуже мала.

1.2 Адрон

Адронами називаються елементарні частинки, що беруть участь в сильних взаємодіях. Вони, як правило, беруть участь також і у всіх інших взаємодіях - електромагнітному і слабкому.

Ці частинки, в основному резонанси, складають найбільш численну групу елементарних частинок - їх налічується близько 400. Адрони поділяються на стабільні і квазістабільні адрони і резонанси. У свою чергу стабільні адрони поділяються на мезони і баріони. Теоретичні мотиви такого підрозділу з'ясуються в кваркової моделі. До групи резонансів входять мезонні та баріонів резонанси.

Мезонами називаються нестабільні заряджені або нейтральні адрони, що володіють нульовим або цілочисловим спіном, а тому належать до класу бозонів. Сюди відносяться π ° - і π ^± - мезони, К ^± - мезони. Ці мезони були відкриті раніше за інших. Маса їх - проміжна між масами електрона і протона (звідси і їхня назва - від грецького слова mesos, що означає «середній, проміжний»). Пізніше були відкриті більш важкі D ^± -, D ^о -, F ^± - мезони, маса яких більша за масу протона. Було відкрито також багато мезонних резонансів, тобто мезонів з часом життя порядку 10 ^-23 с. Маса деяких з них також перевершує масу протона. Мюони μ спочатку називалися μ - мезонами, але вони не належать до класу мезонів, тому що мають спін 1 / 2 і не беруть участь в сильних взаємодіях.

Ядерна фізика та баріонів резонансами називаються адрони з напівцілим спіном і масами, не меншими маси протона. До них відносяться нуклони (протони і нейтрони), гіперонів і ін Протон і нейтрон - найлегші баріони. Протон - єдиний стабільний Ядерна фізика, всі інші баріонів резонанси нестабільні і шляхом послідовних розпадів перетворюються на нуклони і легкі частинки: π-мезони, електрони, нейтрино, γ-кванти. (Нейтрон у вільному стані - нестабільна частка з часом життя ~ 16 хв, але у зв'язаному стані усередині ядра він стабільний, якщо ^A _Z М ^<A _{Z +1} M + M _e, тобто коли не відбувається β ^{- -} розпаду. Якщо ж ^A _Z М> ^A _{Z +1} M + m _е, то нестабільний протон і відбувається позитронний β ⁺ - розпад: р → n + е ^{+ +} ν _e.

Нестабільні баріони з масами, великими маси нуклона (протона і нейтрона), і великим часом життя в порівнянні з ядерним часом (порядку 10 ^-23 с) називаються гіперонами. Перші гіперонів (Λ) були відкриті в космічних променях. Детальне вивчення їх стало можливим після того, як їх почали отримувати на прискорювачах заряджених частинок високих енергій при зіткненнях швидких нуклонів, π - і К - мезонів з нуклонами атомних ядер. Відомо кілька типів гіперонів: лямбда (Λ °), сігма (Σ ^-, Σ °, Σ ^+), ксі (Ξ ^-, Ξ °), омега (Ω ^-), Λ _с. Всі гіперонів мають спін 1 / 2, за винятком гіперон Ω ^-, спін якого дорівнює 3 / 2. Таким чином, гіперонів, як і всі Ядерна фізика, є ферміонами. Час життя гіперонів τ ~ 10 ^-10 с (за винятком Σ ° і Λ ° і Λ _с, для яких τ одно 10 ^-19 і 10 ^-13 с відповідно). За цей час вони розпадаються на нуклони і легкі частки (π - мезони, електрони, нейтрино, γ-кванти).

У 70-х роках на великих прискорювачах були створені пучки заряджених і нейтральних гіперонів високих енергій (20-100 ГеВ). Це дозволило перевірити формулу для релятивістського уповільнення часу в кращих умовах, порівняно з тим, як це робилося раніше. Якщо б не було релятивістського уповільнення часу, то гіперонів від свого народження до розпаду пробігали б шлях порядку з * τ, тобто близько сантиметра або десятків сантиметрів. Насправді цей шлях досягає декількох метрів.