Фермионы

К фермионам относят лептоны и кварки. Сейчас считают, что существует 24 фундаментальных фермиона: 12 лептонов (6 – частиц и 6 – античастиц) и 12 кварков (6 – частиц и 6 – античастиц).

Частицы – лептоны: электрон (е^-), мюон (μ^-), тау - лептон (τ ^-), электронное нейтрино (ν_е), мюонное нейтрино (ν_μ), тау - нейтрино (ν_τ).

Частицы – кварки: «верхний» (u), «нижний» (d), «странный» (s), «очарованный» (c), «прелестный» (b), «истинный» (t).

Фундаментальные фермионы группируют в три поколения по 8 в каждом:

1) е ^- ν_е u d 2) μ ^- ν_μ s c 3) τ ^- ν_τ b t

e⁺ μ⁺ τ ⁺_τ

Поколения отличаются друг от друга, прежде всего, массой, входящих в них фундаментальных элементарных частиц. С учётом фундаментального соответствия Е = mc², массу в микромире принято выражать в единицах энергии (МэВ, ГэВ).

В атомной физике 1 эВ соответствует энергии, приобретаемой частицей с зарядом 1 э (один электрон) при прохождении разности потенциалов 1 В (один вольт); 1 МэВ = 10⁶ эВ; 1 ГэВ = 10⁹ эВ.

Тогда, для первых из указанных в перечнях лептонов: е ^-, μ ^–, τ ^- соответствующие массы составят 0,51; 105,7; 1782,0 МэВ. Аналогичная ситуация имеет место и для других сходственных частиц поколений.

О размерах фундаментальных частиц и лептонов, в частности, следует говорить осторожно. На сегодняшний день полагают, что они не имеют структуры, в связи с этим, у них нет внутренней энергии, совершенно не состоятельны разговоры о частях фундаментальных частиц.

Первым из фундаментальных фермионов был открыт электрон. Это случилось в 1897 году, когда английский физик Дж.Дж. Томсон измерил его массу, а затем и заряд. В 1936-37 г.г. американскими физиками К. Андерсоном и С. Неддермейером в космических лучах открыт мюон ^-.

В 1964 г. американцы М. Гелл- Манн и Д.Цвейг выдвинули гипотезу о том, что адроны имеют сложную структуру, фундамент которой кварк. А уже в 1967 г. в Стенфорде бомбардировкой нуклонов (протонов и нейтронов) электронами установлены точечные центры рассеивания. Р.Фейман назвал их партонами.

Роль партонов в нуклонах исполняют фундаментальные фермионы и бозоны. Первыми являются кварки. В следующей таблице представлены характеристики пяти кварков (часто употребляют - пяти ароматов кварка), обнаруженных в опытах, подобных указанному выше. Кварк t из третьего поколения фундаментальных фермионов пока гипотетический.

Свойства и ароматы кварков

Свойства Кварк и его обозначение	J спин	Q элктрический заряд	B барионный заряд	S странность	C очарование	B прелесть
Верхний u	1/2	2/3	1/3
Нижний d	1/2	-1/3	1/3
Странный s	1/2	-1/3	1/3	-1
Очарованный c	1/2	2/3	1/3		+1
Прелестный b	1/2	-1/3	1/3			+1
Истинный t	1/2	2/3	1/3

Массы ароматов кварка, оценённых к настоящему времени соответствуют:

m_u ~ 5 МэВ, m_d ~ 7 МэВ, m_s ~ 150 МэВ, m_c ~ 1300 МэВ, m_b~ 4800 МэВ.

Фермионы первого поколения в совокупности с фотонами, являются той материей, из которой в основном построена современная Вселенная. Из u- и d-кварков состоят нуклоны, а значит и ядра атомов, из электронов – атомные оболочки, без электронных нейтрино не могли бы протекать реакции ядерного синтеза в звёздах (и на Солнце).

Что касается фермионов второго и третьего поколений, то их роль в современном мире представляется ничтожной. На первый взгляд, мир без них был бы ничуть не хуже. Однако современная физика отводит им важную роль в ранней Вселенной, в первые мгновения так называемого Большого Взрыва. Выяснение их истинной роли как и природы самой кварк – лептонной симметрии, - одна из важнейших задач современного естествознания.

Дата добавления: 2015-05-10