Частицы

Глубоконеупругое рассеяние электрона на протоне

Частицы

    Все наблюдаемые в настоящее время частицы можно разбить на три большие группы.
     1. Лептоны* - частицы участвующие в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Нейтрино участвуют только в слабых взаимодействиях.
     2. Адроны* - частицы участвующие в сильных, электромагнитных и слабых взаимодействиях. Сегодня известно свыше сотни адронов.
          Барионы - адроны, состоящие из трёх кварков (qqq) и имеющие барионное число B = 1.
          Мезоны - адроны, состоящие из кварка и антикварка (q) и имеющие барионное число B = 0.
    3. Калибровочные бозоны - частицы переносящие взаимодействие между фундаментальными фермионами (кварками и лептонами).

    Каждая частица описывается набором физических величин - квантовых чисел - определяющих её свойства. Наиболее часто употребляемые характеристики частиц:
   Масса частицы, m. Массы частиц меняются в широких пределах от 0 (фотон) до 90 ГэВ (Z-бозон). Z-бозон - наиболее тяжелая из известных частиц. Однако могут существовать и более тяжелые частицы. Массы адронов зависят от типов входящих в их состав кварков, а также от их спиновых состояний.
   Время жизни, τ. В зависимости от времени жизни частицы делятся на стабильные частицы, имеющие относительно большое время жизни, и нестабильные.
    К стабильным частицам относят частицы, распадающиеся по слабому или электромагнитному взаимодействию. Деление частиц на стабильные и нестабильные - условно. Поэтому к стабильным частицам принадлежат такие частицы как электрон, протон, для которых в настоящее время распады не обнаружены, так и π⁰-мезон, имеющий время жизни τ = 0.8·10^-16 с.
    К нестабильным частицам относят частицы, распадающиеся в результате сильного взаимодействия. Их обычно называют резонансами. Характерное время жизни резонансов - 10^-23 - 10^-24 с.
   Спин J. Величина спина измеряется в единицах и может принимать 0, полуцелые и целые значения. Например, спин π, К-мезонов равен 0. Спин электрона, мюона равен 1/2. Спин фотона равен 1. Существуют частицы и с большим значением спина. Частицы с полуцелым спином подчиняются статистике Ферми-Дирака, с целым спином - Бозе-Эйнштейна.
    Электрический заряд Q. Электрический заряд является целой кратной величиной от
е = 1.6·10^-19 Кулон (или 48·10^-10 ед. СГСЕ), называемой элементарным электрическим зарядом. Частицы могут иметь заряды 0, ±1, ±2.
    Внутренняя четность Р. Квантовое число Р характеризует свойство симметрии волновой функции относительно пространственных отражений. Квантовое число Р имеет значение +1,-1.

    Наряду с общими для всех частиц характеристиками, используют также квантовые числа, которые описывают только отдельным группам частиц.
    Квантовые числа - барионное число В, странность s, очарование (charm) с, красота (bottomness или beauty) b, верхний (topness) t, изотопический спин I приписывают только сильно взаимодействующим частицам - адронам.
    Лептонные числа L_e, L_μ, L_τ. Лептонные числа приписывают частицам, образующим группу лептонов. Лептоны e, и участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Лептоны ν_e, ν_μ и ν_τ участвуют только в слабых взаимодействиях.. Лептонные числа имеют значения L_e, L_μ, L_τ = 0, +1, -1. Например, e^- ν_e имеют L_e = + l; e⁺ _e имеют L_e = - l . Все адроны имеют
L_e = L_μ= L_τ= 0.
    Барионное число В. Барионное число имеет значение В = 0,+ 1,-1.    Барионы, например, n, р, Λ, Σ, нуклонные резонансы имеют барионное число В = +1. Мезоны, мезонные резонансы − В = 0,   антибарионы − В = -1.
    Странность s. Квантовое число s может принимать значения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 и определяется кварковым составом адронов. Например, гипероны Λ, Σ   имеют s = -l ; K⁺, K^- -мезоны имеют s = +l.
    Charm с. Квантовое число с может принимать значения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружены частицы, имеющие с = 0, +1 и -1. Например, барион Λ⁺_c имеет с = +1.
   Bottomness b. Квантовое число b может принимать значения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружены частицы, имеющие b = 0, +1, -1. Например, В⁺-мезон имеет b = +1.
    Topness t. Квантовое число t может принимать значения -3, -2,-1, 0, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружено всего одно состояние с t = +1.
    Изоспин I.   Сильно взаимодействующие частицы можно разбить на группы частиц, обладающих схожими свойствами (одинаковое значение спина, чётности, барионного числа, странности и др. квантовых чисел, сохраняющихся в сильных взаимодействиях) - изотопические мультиплеты. Величина изоспина I определяет число частиц, входящих в один изотопический мультиплет. n и р составляют изотопический дуплет I=1/2; Σ⁺, Σ^-, Σ⁰   входят в состав изотопического триплета I = 1, Λ - изотопический синглет I = 0, число частиц, входящих в один изотопический мультиплет 2I + 1.
    G-четность - это квантовое число, соответствующее симметрии относительно одновременной операции зарядового сопряжения и изменения знака третьей компоненты I_z изоспина. G-четность сохраняется только в сильных взаимодействиях.

*Название лептон (греч. λεπτός – лёгкий) было предложено в 1948 г. Леоном Розенфелдом.
Название адрон (др.-греч. άδρός – крупный, массивный) было пущено в ход в 1962 г. Львом Окунем на Международной конференции по физике высоких энергий в ЦЕРНе.