8.3.2. Элементарные частицы как структурный уровень организации материи

При введении понятия «элементарные частицы» предполагалось, что они представляют собой первичные, далее неделимые частицы, из которых состоит вся материя. Понятие «элементарные частицы» сформировалось в тесной связи с установлением дискретного характера строения вещества. До начала ХХ века таковыми считались атомы. После установления сложной структуры атома они перестали считаться элементарными частицами в указанном смысле слова. Такая же судьба постигла ядро, а затем протон и нейтрон, у которых была установлена внутренняя структура. В дальнейшем было открыто большое количество объектов, претендующих на роль элементарных частиц. В настоящее время термин «элементарные частицы» употребляется не в своем точном значении. Элементарными частицами сейчас называют большую группу мельчайших наблюдаемых частиц материи, не являющихся атомами или атомными ядрами (за исключением протона – ядра атома водорода). Общее свойство элементарных частиц в современном понимании состоит в том, что они являются специфическими формами материи, не ассоциированными в атомы и атомные ядра.

Эта группа частиц оказалась необычайно обширной. Помимо протона, нейтрона, электрона и фотона к ней относятся пи-мезоны, мюоны, тау-лептоны, нейтрино, странные частицы ( - мезоны и гипероны), очарованные и прелестные частицы ( - и - мезоны и соответствующие барионы), разнообразные резонансы, промежуточные векторные бозоны и, наконец, открытый недавно бозон Хиггса. В настоящее время обнаружено около 400 таких частиц, и их число все время растет.

Наиболее характерным свойством элементарных частиц является их способность рождаться и взаимопревращаться друг в друга при столкновениях. При этом выполняются законы сохранения полной энергии и импульса. Например:

Вторая характерная черта элементарных частиц – большинство из них нестабильны. Частицы после рождения самопроизвольно распадаются. Среднее время жизни свободных частиц изменятся в диапазоне от 10^-24 с до бесконечности. Распад элементарных частиц и их взаимопревращаемость друг в друга ставит под сомнение правомерность вопроса «Из чего состоит частица?». При распаде нейтрона

возникают новые частицы протон электрон и антинейтрино , но это не означает, что нейтрон состоит из протона, электрона и антинейтрино. Из опыта следует только, что эти частицы рождаются при распаде нейтрона. При распаде протона

рождаются нейтрон , позитрон и нейтрино , но это не означает, что протон состоит из нейтрона, позитрона и нейтрино. Нейтрон в той же мере элементарен, как и протон.

Элементарные частицы представляют особый вид материи, качественно отличный от более сложных частиц. К ним неприменимы категории простого и сложного, составной части и структурного целого, как, например, к атомам и молекулам. Продукты распада элементарной частицы не более просты, чем породившая их частица. Они также являются элементарными частицами, т.е. находятся на том же уровне структурной иерархии материи, что и распавшаяся частица. Почти каждая элементарная частица может быть «составной частью» другой элементарной частицы.