62. Елементарні частинки. Поняття елементарної частинки. Типи взаємодій частинок. Частинки і античастинки та їх класифікація. Поняття кварків.

До найважливіших характеристик, які визначають властивості елементарних частинок. належать їх маса, електричний заряд, спін і час життя.

Залежно від спільності деяких властивостей подані тут частинки ділять на чотири основні групи: лептони (легкі частинки), мезони (середні), баріони (важкі); особливу групу становлять фотони, в яких маса спокою і електричний заряд дорівнюють нулю, а спін - одиниці.

Залежно від значення спіну всі частинки ділять на ферміони (частинки з

півцілим спіном s = 2) і бозони (частинки. які мають нульовий s = 0 або цілий s = 1 спін). Залежно від часу життя частинки ділять на стабільні і нестабільні. Елементарні частинки взаємодіють одна з одною. Залежно від типу частинки і від процесу реалізуються три типи взаємодії, кожній з яких відповідає своє поле.

Сильна, або ядерна, взаємодія забезпечує зв’язок нуклонів (протонів, нейтронів) у ядрі. Найбільша відстань, на якій проявляється сильна взаємодія. Збігається з радіусом ядра атома ~10^-15 м. сильна взаємодія в ядрі зумовлена p -мезонним обміном між нуклонами.

Середня, або електромагнітна, взаємодія буває між електрично зарядженими частинками. Вона в 137 раз слабша від сильної взаємодії. Радіус її дії її не обмежений. Електромагнітна взаємодія здійснюється через електромагнітне поле. Це найбільш вивчений клас взаємодій.

Елементарні частинки взаємодіють між собою також і гравітаційно. Слабка, або гравітаційна, взаємодія в 10³⁹ разів слабша від сильної, тому її, як правило, до уваги не беруть

Після відкриття першої античастинки - позитрона - постало питання про існування античастинок і в інших частинок. Перші антипротони було добуто експериментально в 1955 р. при бомбардуванні мідної мішені протонами з енергією порядку 6 ГеВ. У 1956 р. було відкрито антинейтрон. Нині встановлено, що кожній елементарній частинці відповідає своя античастинка з точно такою самою масою, спіном, але із зарядом протилежного знака.

Так, електрону з негативним зарядом відповідає позитрон з позитивним зарядом. Протону з позитивним зарядом відповідає антипротон з негативним зарядом. Антинейтрон відрізняється від нейтрона знаком власного магнітного моменте. Частинка і античастинка в таких незаряджених частинок, як фотон і ж° -мезон, за фізичними властивостями нерозрізненні.

У 1964 р. М. Гелл-Манн і Дж. Цвейг висловили гіпотезу, за якою всі мезони і баріони побудовані з найпростіших частинок, їх назвали кварками. За цією гіпотезою, баріони складаються з трьох кварків: u, d, S , а антибаріони - з трьох антикварків. Ці кварки повинні маті півцілий спін, їх електричний заряд повинен дорівнювати 1/3 або 2/3 заряду електрона. Потім було висловлено припущення про існування ще двох кварків - с-“зачарованого” і ^-“красивого” - з відповідний антикварками. Комбінації кварків і антикварків дали всі відомі мезони. За сучасними уявленнями, кварки не мають внутрішньої структурі в цьому розумінні їх можна вважати справді елементарними частинками.

Хоч гіпотеза кварків була вдалою, оскільки вона давала можливість з єдиних позицій пояснити властивості більшості елементарних частинок, але, незважаючи на численні пошуки на прискорювачах високих енергій, кварків у вільному стані в космічному промінні і навколишньому середовищі не виявлено. Тепер важко говорити про те, збереження ця гіпотеза чи на зміну їй прийде інша. Важливо те, що покладено початок створенню єдиної теорії. Яка об’єднує три фундаментальні взаємодії

31