Наблюдаемые эч

Механические характеристики ЭЧ можно подразделить на два типа: внутренниеивнешние. Внешние характеристики связаны с перемещением частицы во внешнем пространстве. К ним относятся такие какэнергия,импульс,координатыи т.д. Они описываются стандартным механическим способом. При этом, конечно, требуется использование квантово-механических уравнений для расчета значений таких наблюдаемых, Внешнее состояние ЭЧ может быть адекватно описано обычной функцией состояния — волновой функцией.

Поскольку внешние характеристики ЭЧ являются величинами переменными, для идентификации ЭЧ (для характеристики ее природы) используют внутренние свойства. К ним относятся, в частности, следующие:

• масса покоя(т₀),которая может изменяться в очень широких пределах, и по величине которой ЭЧ разделяют на легкие (лептоны), средние (мезоны) и тяжелые (барионы).

• электрический заряд(Q), в соотв6етствии с кторым ЭЧ подразделяются на заряженные положительно (протон и др.), заряженные отрицательно (электрон и др. и электрически нейтральные (нейтрон и др.);

• внутренний механический момент(спин,S), с которым, как правило связан и собственныймагнитный момент(=S); по величине спинового квантового числа ЭЧ разделяют на два класса:фермионы(s= 1/2, 3/2, 5/2, …) ибозоны(s= 0, 1, 2, 3, …).

'1;:Классификация эч

Сравнительный анализ значений внутренних наблюдаемых позволяет построить простую и стройную классификационную схему ЭЧ.

Как уже отмечалось выше, все ЭЧ разделяются на два класса: лептоны и барионы, в соответствии со схемами распада. В класс лептонов входит всего 6 частиц, причем они разбиваются на три совершенно идентичные пары, отличающиеся только массой покоя:

(e, _e)  (, _)  (, _)

В отличие от лептонов, число известных барионов гораздо больше. Тем не менее, оказывается возможным ввести гипо­тетические объекты, называемые кварками, и представить все известные барионы как структуры из нескольких частиц-кварков. Число необходимых для этого видов кварков оказывается также равно 6, которые, аналогично множеству лептонов, разбиты на три пары, отличающие­ся только массами покоя. В результате возникает т.н.кварк­-лептонная модельЭЧ, в которую входят два симметричных набора лептонов и кварков:

Взаимодействия эч

Благодаря наличию взаимодействий, ЭЧ определенных типов могут объединяться в структуры. Первым типом таких структур являются барионы, каждый из которых состоит из трех кварков. Примерами могут служить протон и нейтрон, составы которых задаются формулами:

p = duu и n = ddu

Взаимодействия, объединяющие кварки в барионы, относятся к особому типу фундаментальных взаимодействий, называемых цветовыми. Предполагается, что существуют особые —цветовые— заряды, которые и обусловливают появление цветовых сил между цветными частицами — кварками, подобно тому, как электрические заряды обусловливают появление кулоновских и магнитных взаимодействий между электрически заряженными частицами.

Между электрическими и цветовыми зарядами есть одно принципиальное различие: первые бывают двух типов: (+) и (–), а вторые — трех типов: «красный», «синий» и «желтый». В состав любого бариона обязательно входят три кварка с различными "цветами". В результате такого смешения цветов издалека барион выглядит как "бесцветный" объект, подобно тому, как атом водорода, состоящий из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона, издалека выглядит электрически нейтральным. (Для бариона "издалека" означает "на расстоянии около 10^–15м".)

Еще одной важной особенностью цветовых взаимодействий является то, что силы притяжения или отталкивания между кваркaми увеличиваются с увеличением расстояния между ними, в противоположность электрическим силам, уменьшающимся при увеличении расстояния. Это приводит к тому, что разделение частиц, имеющих цветовые заряды, на большие расстояния требует затраты бесконечной энергии и, следовательно, недостижимо на практике: "цветные" частицы не могут существовать как отдельные объекты и поэтому не могут быть обнаружены в эксперименте. В этой связи, была выдвинута специальная струннаямодель, согласно которой движение кварков внутри бариона напоминает движение массивных шаров, связанных струнами. На близких расстояниях струны не натянуты и шары могут двигаться независимо друг от друга, однако при увеличении расстояний струна натягиваются и начинают ограничивать взаимную свободу шаров, так, что расстояние между ними не может стать больше некоторого предельного значения.

Если в состав бариона входят тяжелые кварки из пар "s—c" и "b—t", они будут самопроизвольно распадаться с образованием более легких. В результате наблюдаются последовательные превращения барионов, направленные к устойчивым протону и нейтрону, которые состоят из самых легких и поэтому стабильных кварковdиu.

В таких процессах распада строго выполняются определенные правила, которые можно сформулировать в виде законов сохранения:

• электрического заряда,

• спина

и т.д.

Тот факт, что число кварков в процессах распада всегда сохраняется дает основание сформулировать особый закон сохранения барионного заряда. (Каждому бариону приписывается числоВ=1, называемоебарионным зарядом.) Аналогично для процессов распада лептонов выполняется закон сохранениялептонного заряда. (Каждому лептону приписывается числоL=1, называемоелептонным зарядом.)