Элементарные частицы

Термином “элементарный” обычно обозначают:

1) простейший, неделимый; 2) фундаментальный, лежащий в основе.

С этих позиций элементарным был атом Демокрита. На сегодня открыто несколько сотен частиц (возникающих при атомных и ядерных взаимодействиях) и термином “элементарные частицы” обозначают частицы, отличные от атомов и ядер, пока ещё не разделенных на части. Некоторые из них имеют внутреннюю структуру, однако они появляются, вступают во взаимодействие и исчезают целиком, не распадаясь на элементы, тем самым оправдывая своё название.

Пример: n→p+ +ν – продукты распада нейтрона возникают только в самом процессе. Их не было до распада, и они не входили в состав нейтрона.

Большую часть элементарных частиц “производят” в ускорителях, поэтому физику элементарных частиц ещё называют физикой высоких энергий

Частицы, полученные в ускорителях – релятивистские.

Фундаментальные взаимодействия

Открыто четыре типа фундаментальных взаимодействий:

№	Взаимодействие	Интенсивность	Длительность,с	Радиус действия,см
1	Сильное	1
2	Электромагнитное
3	Слабое
4	Гравитационное		¾	∞

1. Сильные взаимодействия: короткодействующие (в силу чего не могут создать большие структуры), стабильные, создают исключительно прочные образования (связь нуклонов в ядре и взаимодействие некоторых частиц).

2. Электромагнитные взаимодействия: значительно слабее сильных, однако из-за дальнодействия часто оказываются главными (ответственны за все электрические и магнитные явления в разных формах: механические, оптические и пр., взаимодействие ядер, осколков ядер, электронов и др., характерны для всех элементарных частиц кроме фотона, нейтрона и антинейтрино)

3. Слабые взаимодействия – проявляются в значительно меньшей степени, чем сильные и электромагнитные (взаимодействие частиц с участием нейтрино и антинейтрино и в некоторых безнейтринных процессах)

4. Гравитационные взаимодействия – самые слабые, присутствуют везде, но для элементарных частиц никакого значения не имеют, т.е современная физика элементарных частиц – физика без гравитации.

Хронология

1897г. – Томсон открыл электрон;

1900г. – Планк гипотетически открыл фотон;

1911г. – Резерфорд открыл протон (ядро Н);

1928г. – Дирак предсказал существование позитрона;

1932г. – Чедвик открыл нейтрон;

1935г. – Паули гипотетически открыл нейтрино;

1938г. – Андерсон и Неддермейер обнаружили мюоны;

1947г. – Пауэл открыл π-мезоны;

1960е г. – более 200 частиц (К-мезоны, гипероны ,резонансы и пр.).

Список продолжается и сегодня.

Систематика

По статистике:

1. Бозоны – статистика Бозе-Эйнштейна, нулевой или целочисленный спин (фотоны, мезоны и пр.)

2. Фермионы– статистика Ферми-Дирака, полуцелый спин (электроны, протоны, нейтроны, нейтрино, мюоны и пр.)

По времени жизни τ:

1. Стабильные τ→∞ (электрон, протон, фотон, нейтрино)

2. Нестабильные τ> c – распадаются при электромагнитных и слабых взаимодействиях (мюоны, таоны, мезоны, гипероны)

Нестабильные частицы иногда называют квазистабильными, т.к. в некоторых временных рамках они живут достаточно долго.

3. Резонансы τ≈ - распадаются при ядерных взаимодействиях.

По переносу взаимодействия:

1. переносчики взаимодействия: а) сильного– глюоны, б)электромагнитного–фотоны,

в) слабого– W и Z-бозоны, г) гравитационного– гравитоны (гипотетические).

2. все остальные частицы.

По характеру взаимодействия:

а) Лептоны – участвуют в слабых и (кроме нейтрино) электромагнитных взаимодействиях, спин (электроны, мюоны, таоны и соответствующие им нейтрино), внутренняя структура не обнаружена.

б) Адроны – участвуют в сильных взаимодействиях и, как правило, в слабых электромагнитных, образуют самую многочисленную группу частиц (более 400), их подразделяют на мезоны и барионы

Мезоны – адроны с нулевым или целочисленным спином, т.е. бозоны (π-,K-,η-мезоны,

множество мезонных резонансов)

Барионы – адроны с полуцелым спином (т.е фермионы), и массами не меньшими массы

протона (нуклоны, гипероны и множество барионных резонансов)

Гиперон – нестабильный барион с массой больше массы протона и временем жизни

τ> с. Гипероны:Λ,Σ,Ξ,Ω.