59.Классификация элементарных частиц

По величине спина:

Все элементарные частицы делятся на два класса:

• бозоны— частицы с целым спином (например,фотон,глюон,мезоны,бозон Хиггса).

• фермионы— частицы с полуцелым спином (например,электрон,протон,нейтрон,нейтрино);

По видам взаимодействий:

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы

• адроны— частицы, участвующие во всех видахфундаментальных взаимодействий. Они состоят изкваркови подразделяются, в свою очередь, на:

• мезоны— адроны с целымспином, то есть являющиесябозонами;

• барионы— адроны с полуцелым спином, то естьфермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядроатома, —протонинейтрон.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

Основная статья: Фундаментальная частица

• лептоны— фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны,мюоны,тау-лептоны) и не наблюдалось длянейтрино. Известны 6 типов лептонов.

• кварки— дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизмконфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

• калибровочные бозоны— частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

• фотон— частица, переносящаяэлектромагнитное взаимодействие;

• восемь глюонов— частиц, переносящихсильное взаимодействие;

• три промежуточных векторных бозонаW+, W− и Z0, переносящиеслабое взаимодействие;

• гравитон— гипотетическая частица, переносящаягравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит вСтандартную модель элементарных частиц.

Адроныи лептоны образуютвещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, первые экспериментальные указания на существование которого появились в 2012 году.

60.Понятие о кварках

Ква́рк — воображаемая элементарная частицавквантовой хромодинамике, рассматриваемая как составная частьадронов. Предполагается существование 6 разных видов кварков, для различия которых вводится такое понятие как «аромат». Для краткости кваркам присвоены следующие имена:u-кварк,d-кварк,c-кварк,s-кварк,t-кварк,b-кварк(R. Nave.Quarks.HyperPhysics. Georg ia State University, Department of Physics and Astronomy.

Адроныподразделяются набарионыимезоны. Если бы кварки существовали в природе, то барионы как частицы с полуцелым спином могли бы состоять из трёх кварков, а мезоны включать в себя по кварку и антикварку поскольку имеют целый спин. Среди барионов наиболее хорошо изученыпротонинейтрон, входящие в составатомных ядер. Гипотеза кварков позволила объяснить многие свойства симметрии (например,мультиплетычастиц), наблюдаемые уадронов(Quark (subatomic particle).Encyclopedia Britannica. Проверено 29 июня 2008).

Особенностью предполагаемых кварков является то, что они не наблюдаются в природе в свободном состоянии. Это означает, что они могли бы быть внутри адронов, но при распаде частиц кварки каким-то образом комбинирвались так, что в результате в продуктах распада видны не кварки, а только какие-то элементарные частицы. Данную ситуацию описывают как конфайнмент, то есть удержание кварков внутри адронов (R. Nave.Confinement of Quarks.HyperPhysics. Georg ia State University, Department of Physics and Astronomy. Проверено 29 июня 2008), (R. Nave.Bag Model of Quark Confinement.HyperPhysics. Georg ia State University, Department of Physics and Astronomy. Проверено 29 июня 2008). Вследствие ненаблюдаемости кварков в природе все их гипотетические свойства определяются путём расчётов косвенным путём через свойства адронов.

Предполагается, что U-кваркиd-кваркбудут иметь наименьшие массы среди кварков. При распадахадронов, протекающих очень быстро, возможно входящие в состав некоторых адронов более массивные кварки должны преобразовываться в конце концов в u-кварки и d-кварки. В семействе адронов только нуклоны, которые могут состоять из u-кварков и d-кварков, имеют наибольшее время жизни, так что маломассивные кварки возможно будут наиболее стабильны и распространены во вселенной. Для рождения новых адронов и массивных кварков потребуются столкновения частиц с большой энергией, как это происходит в ускорителях частиц и при взаимодействии космических лучей с веществом.

В предположении калибровочного описаниясильного взаимодействияпостулируется, что кварки обладают особой внутренней характеристикой, называемой «цвет». При этом у кварков предполагается наличие трёх цветов, что увеличивает количество разновидностей кварков. Каждому кварку q соответствует свой антикваркс противоположными квантовыми числами, включая антицвет. При образовании из кварков (антикварков) адронов комбинация цветных кварков должна дать бесцветный адрон (как в оптике при сложении дополнительных цветов можно получить белый свет). Кварки располагают в три поколения, по два кварка в каждом.

Гипотетическим кваркам приписывается электрический заряд, кратный e/3 (где e – элементарный заряд), и спин ½ в единицахпостоянной Диракаħ. Предполагается, что в каждом поколении один кварк обладает зарядом +2/3, а другой — (−1/3). Исходя из значения спина, кварки будутфермионами. Предполагаемые массы кварков точно не определены, поскольку будут зависеть от условий, в которых их вычисляют. В отличие от наблюдаемых в природеэлементарных частиц, кварки возможно будут иметь дробный электрический заряд, и участвовать во всехфундаментальных взаимодействияхпостулируемых квантовой теорией, включаяэлектромагнитное, гипотетическоеслабое, гипотетическоесильноеигравитационноевзаимодействия.