2. Свойства элементарных частиц

Наряду с известными свойствами:

1) массой покоя, m;

2) временем жизни  - временем, за которое число нераспавшихся частиц умень­шается в e раз;

3. спином (собственный момент импульса);

4. электрическим зарядом q;

5. магнитным моментом

По мере открытия и изучения новых частиц приходилось вводить новые свой­ства: странность, очарование, красота, истинность и др. Этим параметрам соответствуют свои квантовые числа и соответствующие законы сохранения.

Почти у всех элементарных частиц имеются зарядово совмещенные античас­тицы: (электрон e^- - позитрон е⁺) У некоторых частиц заряд равен нулю, например, у фотона. Для них частицы и античастицы тождественны.

Важное свойство элементарных частиц - возможность их взаимопревра­щений. Например, аннигиляция электрона и позитрона приводит к образованию двух  - квантов.

Взаимное превращение элементарных частиц можно вызвать при их столкно­вении в ускорителях. В ускорите­лях были открыты большинство элементарных частиц. (Ускорители имеют характерную энергию до W  10¹²эВ, в космическом излучении энергия частиц достигает 10²⁰эВ).

3. Классы элементарных частиц.

1. Адроны - составные частицы, которые участвуют и могут участвовать в сильном взаимодействии.

По времени жизни адроны разделяют на стабильные адроны ( ~ 10^-23с) и резонансы ( < 10^-24). Адроны с целым спином называют мезонами, а с полуце­лыми - барионами. Вводят барионный заряд В = 1, В = -1 у антибариона, В = 0 у мезона. Пока считается, что барионный заряд сохраняется во всех взаимодейст­виях. Сахаров А. Д. и Зельдович считают, что само существование Вселенной является доказательством не сохранения барионного заряда и возможность рас­пада протона. Адроны разделяют на обычные, странные, очарованные, красивые и истинные. Совокупность этих параметров называют ароматом. Аромат адронов зависит от того, из каких кварков они состоят.

2.Кварки - фундаментальные частицы, участвующие в сильном взаимодей­ствии. Считается, что существует 6 типов (вариантов) кварков.(см. таблицу 12.1)

Таблица 12.1 Виды кварков.

Аромат кварка		q	B
u – верхний	1/2	2/3	1/3
d – нижний	1/2	-1/3	1/3
c – очарованный	1/2	2/3	1/3
s – странный	1/2	-1/3	1/3
t – истинный	1/2	2/3	1/3
b – красивый (прелестный)	1/2	-1/3	1/3

Каждый мезон строится из одного кварка q и одного антикварка , каждый барион - из трех кварков:q*q₁

Например, нейтрон = udd протон = uud

*) Кварк каждого типа (аромата) характеризуется также цветом. R - крас­ный, G - зеленый, В - голубой (или антицветом ). Если три кварка имеют разные цвета, то в сумме получиться бесцветная частица. Бес­цветными будут и пара кварков цвет + антицвет. Существует принцип удержи­вания цвета, согласно которому цветные объекты в свободном состоянии не су­ществуют. Согласно этому принципу кварки в свободном состоянии зарегистри­ровать нельзя.

Итак, у кварков имеется 6 ароматов и 3 цвета.

3. Лептоны - элементарные частицы, не участвующие в сильном взаимодей­ствии и имеющие спин J = 1/2. Существует кварк - лептонная симметрия, со­гласно которой 6 типам кварков соответствует 6 типов лептонов:

электронный дуплет (ē, ν_е); лептонный дуплет (μ^-, ν_μ) таонный дуплет (τ^-, ν_τ)

*) Всем лептонам приписывается заряд L = 1, антилептонам L = -1, остальным частицам L = 0.

4. Переносчики взаимодействий.

Все четыре вида фундаментальных взаимодействий сильное, электромагнит­ное, слабое и гравитационное имеют обменный характер. Элементарный акт взаимодействия состоит в испускании и поглощении (обмене) некоторой третьей частицей - переносчиком взаимодействия.

1. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны - 8 электрически ней­тральных безмассовых частиц. Глионы имеют цвет, но не аромат.

б) Переносчиками электромагнитного взаимодействия нейтральные, безмассовые  кванты (фотоны).

в) Переносчики слабого взаимодействия - промежуточные бозоны (заряды), обладающие большой массойm_W = 81 ГэВ, m_Z⁰ = 93 ГэВ (очень короткодей­ствующие). При слабом взаимодействии изменяется аромат, но не цвет частицы.

г) Переносчик гравитационного взаимодействия - нейтральные, безмассовые гравитоны G, имеющие спин J = 2. Гравитоны пока не найдены.

Физики ищут пути объединить взаимодействия единой теорией. Практически завершена теория элктрослабого взаимодействия. Следующий шаг - электроядер­ное взаимодействие. Великое объединение всех 4-х видов взаимодействия на­ходится на начальной стадии.