Элементарные частицы

Элементарными частицами называются мельчайшие известные в настоящее время частицы материи. В микромире выделяются три уровня, различающиеся характерными масштабами:

- первый – молекулярно-атомный ;

- второй – ядерный ;

- третий – элементарные частицы.

Физика элементарных частиц устанавливает характеристики элементарных частиц, проводит их классификацию, изучает их свойства. Поскольку согласно соотношению неопределенностей , то для определения структуры элементарных частиц необходимы зондирующие частицы с большой энергией, для которых . Максимальные доступные энергии сейчас 1000 ГэВ, чему соответствует расстояния R ~ 10^-19 м.

Число элементарных частиц вместе с античастицами, которые известны сейчас, свыше 400. Некоторые из них стабильны (или квазистабильны) и существуют в свободном состоянии. К ним относятся:

Все остальные элементарные частицы нестабильны.

В 1937 году в космических лучах был открыт мюон или мю-мезон – тяжелый аналог электрона (). В 40-х годах XX века были открыты пионы (пи-мезоны) – переносчики ядерного взаимодействия. В 50-х годах XX века в космических лучах и на ускорителях были зарегистрированы странные частицы: каоны (ка-мезоны) ; лямбда-гипероны ; сигма-гипероны ; кси-гипероны ; омега-гиперон . В 60-е годы XX столетия были открыты более 100 короткоживущих частиц с временами жизни , которые были названы резонансами.

В 1974 году обнаружены массивные (втрое тяжелея протона), но относительно устойчивые () джи-пси-мезоны , которыми была открыта группа очарованных частиц (и др.).

В 1977 году открыты тяжелые ипсилон-мезоны (), которые являются, возможно, новой группы прелестных частиц.

В 1983 году зарегистрированы промежуточные бозоны – переносчики слабого взаимодействия.

Свойства отдельных элементарных частиц описываются рядом физических величин, которые называют квантовыми числами. Значениями этих чисел частицы и различаются. Наиболее известны:

- масса m, которая измеряется в энергетических единицах в соответствии с соотношением Эйнштейна ; масса элементарных частиц изменяется от 0 (фотон) до 90 ГэВ (промежуточные бозоны);

- среднее время жизни является мерой стабильности частицы и измеряется в секундах; для фотонов, нейтрино, электронов и протонов ; для резонансов ;

- спин J – собственный момент импульса частицы, измеряемый в единицах и принимающий целые и полуцелые значения; для известных частиц значение спина J лежит в пределе от 0 (пионы) до (резонансы);

- электрический заряд q, который измеряется в единицах элементарного заряда е; для всех частиц в свободном состоянии q принимает лишь целочисленные значения 0 и ; для некоторых резонансов ;

- магнитный момент – максимальное значение проекции вектора собственного магнитного момента частицы; магнитные моменты элементарных частиц измеряют обычно в магнетонах ; если , то – магнетон Бора ; если , то получаем ядерный магнетон .

У каждой частицы имеется античастица, которые в отличие от частиц обычно в обозначении включают тильду (волну). Например:

электрон и позитрон ;

протон и антипротон ;

нейтрон и антинейтрон ;

нейтрино и антинейтрино .

Массы, времена жизни и спины частиц и античастиц одинаковы. Остальные характеристики равны по модулю, но противоположны по знаку.

Некоторые частицы, называемые истинно нейтральными, тождественны своим античастицам: фотон, нейтральный пион и некоторые другие.

Первая античастица – позитрон была зарегистрирована впервые в 1932 году. Часто позитрон образуется вместе с электроном при соударении фотона с частицей:

.

Встречаясь друг с другом, медленные электрон и позитрон аннигилируют, порождая два фотона:

.

Дата добавления: 2014-01-03