2.4.3 Классификация элементарных частиц

Элементарные частицы – структурные элементы микромира. Элементарные частицы – это частицы, входящие в состав прежде «неделимого» атома. В настоящее время уже известны сотни элементарных частиц (более 350).

После установления сложной структуры многих элементарных частиц потребовалось ввести новое понятие – фундаментальные частицы. Фундаментальные частицы - это микрочастицы, внутреннюю структуру которой нельзя представить в виде объединения других свободных частиц.

По свойствам и характеру взаимодействия элементарные частицы принято делить на два класса:

• фермионы – частицы, составляющие вещество,

• бозоны - частицы, которые переносят взаимодействие.

Между частицами существует четыре типа взаимодействия, каждое из которых переносится своим типом бозонов.

Фотон, или квант света переносит электромагнитное взаимодействие.

Глюоны осуществляют перенос сильных ядерных взаимодействий, связывающих нуклоны.

Векторные бозоны переносят слабые взаимодействия, ответственные за некоторые виды распады частиц.

Гравитоны переносят гравитационное взаимодействие.

Характеристиками элементарных частиц являются:

• масса покоя – это масса покоя частицы, которая определяется по отношению к массе покоя электрона.

Таблица 1. Классификация элементарных частиц по массе

Элементарные частицы
Андроны (греч. – сильный, большой)		Лептоны (легкие)
Барионы (тяжелые)	Мезоны (промежуточные)
протоны нейтроны гипероны часть «очарованных»	пи-мезоны к-мезоны	электроны мюоны фотоны m=0 нейтрино тау-нейтрино электронные нейтрино мюонные нейтрино

• электрический заряд. Заряд элементарной частицы всегда кратен заряду электрона, который рассматривается в качестве единицы заряда. Заряд частицы может быть отрицательным (электрон), положительным (протон, позитрон), нулевым (нейтрон, нейтрино, фотон), целым или дробным (кварки).

• спин - собственный момент импульса частицы. В зависимости от спина частицы делятся на две группы: с целым спином (0,1,2) – бозоны, с полуцелым спином (+1/2, -1/2) – фермионы.

• время жизни. Время жизни элементарной частицы определяет ее стабильность: стабильные (фотон, нейтрино, протон, электрон); нестабильные - их большинство, время жизни 10^-10 – 10^-24 с, они распадаются в результате сильного и слабого взаимодействия; квазистабильные (резонансные) – время жизни 10^-24 – 10^-26 с, они распадаются в результате электромагнитного и слабого взаимодействия

• специфические характеристики: квантовые числа, барионный заряд, лептонный заряд, гиперзаряд, странность и т.п.

В 1964 году была создана теория кварков. Кварки – это гипотетические материальные объекты, истинно элементарные, бесструктурные частицы. На сегодняшний день они являются фундаментальными частицами, своего рода «кирпичиками» микромира.

Кварки имеют дробный заряд, также различаются спином, ароматом и цветом. Аромат и цвет кварка не имеет никакого отношения к аромату и цвету, понимаемому буквально (аромат цветов, оптический цвет), это условные названия определенных физических характеристик. Считается, что существует шесть видов кварков, различающихся ароматом (верхний, нижний, странный, очарование, прелесть, истинность) и каждый кварк имеет один из трех возможных цветов (красный, зеленый, синий). Каждому кварку соответствует антикварк с противоположным цветом. Кварки объединяются тройками, образуя барионы, или парами, образуя мезоны. Кварки объединяются между собой благодаря сильному взаимодействию. Сейчас теория кварков продолжает развиваться и уточняться