3 Элементарные частицы

Существование элементарных частиц было обнаружено при изучении ядерных процессов, поэтому вплоть до середины XX века физика элементарных частиц была разделом ядерной физики. В настоящее время физика элементарных частиц и ядерная физика являются близкими, но самостоятельными разделами физики, объединенными общностью многих рассматриваемых проблем и применяемыми методами исследования. Главная задача физики элементарных частиц – это исследование природы, свойств и взаимных превращений элементарных частиц.

В многообразии элементарных частиц, известных к настоящему времени, обнаруживается более или менее стройная система классификации. В таблице 1. представлены некоторые данные о свойствах элементарных частиц со временем жизни более 10^–20 с..

Из многих свойств, характеризующих элементарную частицу, в таблице указаны только масса частицы (в электронных массах), электрический заряд (в единицах элементарного заряда) и момент импульса (так называемый спин) в единицах постоянной Планка ħ = h / 2π. В таблице указано также среднее время жизни частицы.

Таблица 1 - Свойства элементарных частиц

Наименование частиц			Символ.		Масса в элек-тронных массах	Эл. зар.	Время жизни, с.
			частица	Анти-частица
Фотон			γ	γ	0	0	Стабилен
Лептоны	Нейтрино электронное Нейтрино мюонное Тау- нейтрино		υе υμ υr	ΰе ΰμ ΰr	0 0 0	0 0 0	Стабильно Стабильно Стабильно
	Электрон Мюон Тау-лептон		е- μ- τ-	е+ μ+ τ+	1 207 3492	-1 -1 -1	Стабилен 2,2·10-6 1,46·10-12
Мезоны	Пи-мезоны (пионы)		π0 π+	π0 π-	264,01 273,1	0 1	1,83·10-16 2,6·10-8
	Ка-мезоны (каоны)		К+ К0	К- К0	966,4 974,1	1 0	1,2·10-8 К0S-8,9 ·10-11 КL-5,2·10-8
	Эта-нуль-мезон		η0	η0	1074	0	2,4·10-19
Барионы	Нуклоны	Протон Нейтрон	p n	p ň	1836.1 1838.6	1 0	Стабилен (?) 103
	Гипероны	Гиперон лямбда Гиперон сигма	Λ0 Σ+ Σ0 Σ-	Λ0 Σ+ Σ0 Σ-	2183,1 2327,6 2333,6 2343,1	0 1 0 -1	2,63·10-10 8·10-11 5,8·10-20 1,48·10-10
		Гипероны кси	Ξ0 Ξ-	Ξ0 Ξ-	2572,8 2585,6	0 - 1	2,9·10-10 1,64·10-10
		Омега-минус-гиперон	Ω-	Ώ-	3273	- 1	8,2·10-11

Элементарные частицы объединяют в три группы: фотоны, лептоны и адроны.

К группе фотонов относят единственную частицу – фотон, которая является носителем электромагнитного взаимодействия.

Следующая группа состоит из легких частиц лептонов. В эту группу входят три вида нейтрино (электронное, мюонное и тау -нейтрино), электрон и μ-мезон и τ--лептон. К лептонам относятся еще ряд частиц, не указанных в таблице. Все лептоны имеют спин .

Третью большую группу составляют тяжелые частицы, называемые адронами. Эта группа делится на две подгруппы. Более легкие частицы составляют подгруппу мезонов. Наиболее легкие из них – положительно и отрицательно заряженные, а также нейтральные π-мезоны с массами порядка 250 электронных масс. Пионы являются квантами ядерного поля, подобно тому, как фотоны являются квантами электромагнитного поля. В эту подгруппу входят также четыре K-мезона и один η⁰-мезон. Все мезоны имеют спин, равный нулю.

Вторая подгруппа – барионы – включает более тяжелые частицы. Она является наиболее обширной. Самыми легкими из барионов являются нуклоны – протоны и нейтроны. За ними следуют так называемые гипероны. Замыкает таблицу омега-минус-гиперон -это тяжелая частица с массой в 3273 электронных масс. Все барионы имеют спин .