Элементарные частицы

Элементами структуры микромира выступают микрочасти­цы. На данный момент

известно более 350 элементарных час­тиц, различающихся массой, зарядом,

спином, временем жизни и еще рядом физических характеристик. Масса

элементарной частицы — это масса ее покоя, которая определяется по отношению

к массе покоя электрона. Частицы с нулевой массой покоя движутся со скоростью

света (фотон). По массе элементарные частицы делятся на тяжелые (барионы),

промежуточные (мезоны) и легкие (лептоны). Заряд элементарной частицы всегда

кратен заряду электро­на (—1), который рассматривается в качестве единицы.

Суще­ствуют, однако, элементарные частицы, которые не имеют заря­да,

например, фотон. Спин элементарной частицы — это собственный момент импульса

частицы. В зависимости от спина, частицы делятся на две группы: с целым

спином (О, 1, 2)— бозоны, с полуцелым спином (1/2 и др.) — фермионы. Время

жизни элементарной частицы определяет ее стабиль­ность или нестабильность. По

времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные.

Большинство элементарных частиц нестабильно. Нестабильные частицы жи­вут

несколько микросекунд, стабильные не распадаются дли­тельное время.

Нестабильные частицы распадаются в результате сильного и слабого

взаимодействия. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, нейтрон,

протон и электрон. При этом нейтрон стабилен только в ядре, в свободном

состоянии он также распадается. Квазистабильные час­тицы распадаются в

результате электромагнитного и слабого взаимодействия, иначе их называют

резонансными. Время жизни резонансов — порядка 10—22 с. Все многообразие

элементарных частиц можно разделить на три группы: частицы, участвующие в

сильном взаимодей­ствии — адроны, частицы, не участвующие в сильном

взаимо­действии — пептоны, и частицы — переносчики взаимодей­ствий. К адронам

относятся нейтроны, протоны, барионы, мезоны. Адроны участвуют в

электромагнитном, сильном и слабом взаи­модействии. К пептонам относятся

электроны, нейтрино, мюоны, тау-лептоны, а также электронные нейтрино,

моюнные нейтрино, тау-нейтрино. Заряженные лептоны участвуют в

электромаг­нитном и слабом взаимодействии, нейтральные — только в сла­бом.

Частицы — переносчики взаимодействий непосредственно обеспечивают

взаимодействия. К ним относятся фотоны — пере­носчики электромагнитного

взаимодействия, глюоны — перенос­чики сильного взаимодействия, бозоны —

переносчики слабого взаимодействия. Высказывается предположение о

существовании гравитонов — частиц, обеспечивающих гравитационное

взаимо­действие.

Теория кварков. Планковская длина. Суперструны

Кварки — это гипотетические материальные объекты, их экспериментальное

наблюдение пока невозможно, однако теоре­тические положения кварковой

гипотезы оказались плодотворны­ми, а теория в целом эвристичной. Квар­ки

представляют собой истинно элементарные частицы и поэто­му бесструктурны.

Главная особенность кварков — дробный заряд. Кварки различаются спином,

ароматом и цветом. Аромат кварка-это его особая физичес­кая характеристика.

Для того чтобы учесть все известные адро­ны, необходимо было предположить

существование шести ви­дов кварков, различающихся ароматом: u (up — верхний),

d (down — нижний), s (strange — странный), c (charm — очарова­ние), b (beauty

— прелесть) и t(top — верхний). Существует ус­тойчивое мнение, что кварков не

должно быть больше. Считается, что каждый кварк имеет один из трех возмож­ных

цветов, которые выбраны произвольно: красный, зеленый, синий. Цвет кварка,

как и аромат, — условное название для определенной физической характеристики.

Каждому кварку соответствует антикварк с противополож­ным цветом

(антикрасный, антизеленый и антисиний). Кварки соединяются тройками, образуя

барионы (нейтрон, протон), или парами, образуя мезоны. Антикварки, соединясь

тройками, со­ответственно, образуют антибарионы. Мезон состоит из кварка и

антикварка. Суммарный цвет объединившихся кварков или ан­тикварков,

независимо от того, объединены три кварка (барионы), три антикварка

(антибарионы) или кварк и антикварк (ме­зоны), должен быть белым или

бесцветным. Белый цвет дает сумма красного, зеленого, синего или красного —

антикрасного, синего — антисинего и т.п. Кварки объединяются между собой

благодаря сильному взаи­модействию. Переносчиками сильного взаимодействия

выступа­ют глюоны, которые как бы «склеивают» кварки между собой. Глюоны

также имеют цвета, но в отличие от кварков их цвета смешанные, например

красный — антисиний и т.п., т.е. глюон состоит из цвета и антицвета.

Испускание или поглощение глюона меняет цвет кварка, но сохраняет аромат.

Известно восемь типов глюонов.

Поиск по сайту: