Элементарные частицы

6. Из окружающего пространства на Землю падает поток космического излучения. Первичные космические лучи состоят из протонов (90% ), -частиц (9%) и более тяжелых ядер (1%). На уровне моря наблюдается вторичное космическое излучение: мягкая компонента, состоящая из электронов и фотонов, поглощаемая слоем свинца толщиной несколько сантиметров, и жесткая компонента, проникающая черев слой свинца и состоящая из более тяжелых частиц (мюонов, пионов и протонов).

7. Исследования космических лучей привели к открытию новых элементарных частиц. Были открыты мюоны, пионы, каоны и гипероны — нестабильные частицы с временем жизни от 10^–6с до 10^–16с. Особенности рождения и распада каонов и гиперонов привели к необходимости ввести новое квантовое число — странность, и эти частицы получили название странных. Развитие техники ускорителей заряженных частиц позволило открыть античастицы: антипротоны, антинейтроны, антигипероны. Был открыт новый класс частиц, имеющих время жизни порядка 10^–23с, получивших название резонансов.

Принята следующая классификация частиц: частицы, участвующие в ядерных (сильных) взаимодействиях носят название адроны; частицы, участвующие в слабых взаимодействиях, называются лептоны. Адроны характеризуются барионным числом (барионным зарядом) В. Те ио них, у которых В = 0 называются мезонами, а имеющие В = 1 — барионами. Лептоны характеризуются лептонным числом (лептонным зарядом) L. Для барионного и лептонного зарядов выполняются законы сохранения.

В 1964 году Гелл-Манном и Цвейгом была высказана гипотеза о существовании фундаментальных составляющих, из которых «построены» все адроны. Эти частицы получили название кварки. Первоначально постулировалось существование трех кварков u, d и s. Затем были открыты с, b и t кварки. Характеристики кварков приведены в таблице фундаментальных частиц. Все известные адроны можно построить из комбинации кварков и антикварков. Например, положительный пион ⁺ = |u , протон р = |uud >, положительный каон К⁺ = |u >, °-гиперон ° = |uds >.

По современным представлениям фундаментальными частицами являются лептоны и кварки. Хотя кварки не наблюдаются в свободном состоянии, их существование подтверждено экспериментально. Характеристики лептонов и кварков приведено в таблице I.

Таблица I

Фундаментальные частицы

Частица			Заряд	Спин	Барионное число	Лептонное число	Взаимодействие
Кварки
u	c	t	+2/3	1/2	+1/3	0	Сильное, эл.-маг.
d	s	t	–1/3	1/2	+1/3	0	и слабое
Лептоны
e			–1	1/2	0	1	Эл.-маг., слабое
			0	1/2	0	1	Слабое

Существует четыре вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Их характеристики приведены в таблице II.

Таблица II

Фундаментальные взаимодействия

Взаимодействие	Источник	Относ. интенс.	Радиус взаимодейст.
Гравитационное	Масса	10–38	Дальнодейст. (∞)
Слабое	Элемен. част.	10–15	Короткодейст. (10–15 см)
Электромагнитное	Заряд	10–2	Дальнодейст. (∞)
Сильное	Кварки	1	Короткодейст. (10–13 см)