Элементарные частицы

Открытие явления радиоактивности и результаты опытов Резерфорда убедительно показали, что атомы не являются неделимыми простейшими частицами. Как было установлено, они состоят из электронов, протонов и нейтронов. На первых порах частицы, из которых построены атомы, считались не способными ни к каким изменениям и превращениям. Поэтому их назвали элементарными частицами. Знакомство со свойствами этих трех частиц, наиболее распространенных в изученной части Вселенной, показало, что термин "элементарная частица" довольно условен. Одна из этих частиц - нейтрон - в свободном состоянии существует в среднем лишь около 15 мин, а затем самопроизвольно распадается на протон, электрон и нейтрино. Однако считать протон, электрон и нейтрино "настоящими" элементарными частицами, а нейтрон "ненастоящей" элементарной частицей нельзя, так как каждая из этих частиц при взаимодействии с другими частицами и атомными ядрами может превращаться в другие частицы.

Таблица элементарных частиц

Наименование частиц	Символ	Масса в электронных массах	Электрический заряд	Время жизни, с
Частица	Античастица
Фотон					Стабилен
Л е п т о н ы	Нейтрино электронное					Стабильно
Нейтрино мюонное					Стабильно
Тау-нейтрино					Стабильно
Электрон				-1	Стабилен
Мюон				-1	2,2·10^-6
Тау-лептон				-1	1,46·10^-12
М е з о н ы	Пи-мезоны (пионы)			264,1		1,83·10^-16
		273,1		2,6·10^-8
Ка-мезоны (каоны)			966,4		1,2·10^-8
		974,1		-8,9·10^-11 -5,2·10^-8
Эта-нуль-мезон					2,4·10^-19
Б а р и о н ы	Н у к л о н ы	Протон			1836,1		Стабилен (?)
Нейтрон			1838,6		10^3
Г и п е р о н ы	Гиперон-лямбда			2183,1		2,63·10^-10
Гиперон-сигма			2327,6		8·10^-11
		2333,6		5,8·10^-20
		2343,1	-1	1,48·10^-10
Гиперон-кси			2572,8		2,9·10^-10
		2585,6	-1	1,64·10^-10
Омега-минус-гиперон				-1	8,2·10^-11

Полное число параметров, определяющих свойства частиц, довольно велико. Важнейшими из них являются масса частицы, ее электрический заряд, спин и время жизни. Из всех названных характеристик специального пояснения требует лишь спин. Спином называется величина, дающая количественную характеристику вращательного движения частицы. Спин частицы (механический момент) у различных частиц может иметь различные значения, но все частицы одного типа имеют абсолютно одинаковые спины.

Любой из электронов обладает механическим моментом, равным 0,50272·10^-34 Дж·с. Эта величина в точности равна (; = 6,626·10^-31 Дж·с - постоянная Планка). Величина принята за единицу спина.

После знакомства с основными характеристиками элементарных частиц можно рассмотреть таблицу элементарных частиц, время жизни которых превышает 10^-20 с. Частицы в ней расположены в порядке возрастания их масс. Частицы с массами, не превышающими 207 электронных масс (кроме одной из них), составляют группу легких частиц - лептонов, частицы с массами больше 207 электронных масс, но меньше массы протона входят в группу мезонов (средних частиц), протон и более тяжелые частицы составляют группу барионов. Особое место в таблице занимает фотон, не входящий ни в одну из названных групп.

Разделение элементарных частиц на группы определяется не только различием в массах, но и рядом других существенных свойств. Лептоны и барионы имеют спин, равный , спины мезонов равны нулю, а фотон обладает спином, равным 1.

Особенно следует отметить существование четырех типов взаимодействия между элементарными частицами - гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого. Наиболее хорошо изученными являются гравитационные силы, действующие между любыми частицами, и электромагнитные силы, действующие между заряженными частицами.

Примером сильного взаимодействия могут служить ядерные силы, связывающие в атомных ядрах протоны и нейтроны. Слабое взаимодействие обнаруживается в процессах, связанных с испусканием или поглощением нейтрино.

Дата добавления: 2015-06-04