Список частиц

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Это список частиц в физике элементарных частиц, включающий не только открытые, но и гипотетические элементарные частицы, а также составные частицы, состоящие из элементарных частиц.

Элементарные частицы[править | править вики-текст]

Элементарная частица — это частица без внутренней структуры, то есть не содержащая других частиц[прим. 1]. Элементарные частицы — фундаментальные объекты квантовой теории поля. Они могут быть классифицированы по спину: фермионы имеют полуцелый спин, а бозоны — целый спин.

Стандартная модель[править | править вики-текст]

Стандартная модель физики элементарных частиц — теория, описывающая свойства и взаимодействия элементарных частиц. Все частицы, предсказываемые Стандартной моделью, за исключением бозона Хиггса (хотя уже есть веские основания считать, что эта частица обнаружена[1][2]), а также других гипотетических частиц, были экспериментально обнаружены.

Фермионы[править | править вики-текст]

Фермионы имеют полуцелый спин; для всех известных элементарных фермионов он равен ½. Каждый фермион имеет свою собственную античастицу. Фермионы являются базовыми кирпичиками всей материи. Они классифицируются по своему участию в сильном взаимодействии. Согласно Стандартной модели, существует 12 ароматов элементарных фермионов: шесть кварков и шесть лептонов.

Поколение Кварки с зарядом (+2/3)e Кварки с зарядом (−1/3)e
Название/ аромат кварка/ антикварка Символ кварка/ антикварка Масса (МэВ) Название/ аромат кварка/ антикварка Символ кварка/ антикварка Масса (МэВ)
1 u-кварк (up-кварк) / анти-u-кварк u / \, \overline{u} от 1,5 до 3 d-кварк (down-кварк) / анти-d-кварк d / \, \overline{d} от 3 до 7
2 c-кварк (charm-кварк) / анти-c-кварк c / \, \overline{c} 1250 ± 90 s-кварк (strange-кварк) / анти-s-кварк s / \, \overline{s} 95 ± 25
3 t-кварк (top-кварк) / анти-t-кварк t / \, \overline{t} 174 200 ± 3300[3] b-кварк (bottom-кварк) / анти-b-кварк b / \, \overline{b} 4200 ± 70

У всех кварков есть также электрический заряд, кратный 1/3 элементарного заряда. В каждом поколении один кварк имеет электрический заряд +2/3 (это u-, c- и t-кварки) и один — заряд −1/3 (d-, s- и b-кварки); у антикварков заряды противоположны по знаку. Кроме сильного и электромагнитного взаимодействия, кварки участвуют в слабом взаимодействии.

  • Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы — антилептоны (античастица электрона называется позитрон по историческим причинам). Существуют лептоны шести ароматов:
Поколение Заряженный лептон / античастица Нейтрино / антинейтрино
Название Символ Электрический заряд (e) Масса (МэВ) Название Символ Электрический заряд (e) Масса (МэВ)
1 Электрон / Позитрон e^- \, / \, e^+ −1 / +1 0,511 Электронное нейтрино / Электронное антинейтрино \nu_e \, / \, \overline{\nu}_e 0 < 0,0000022[4]
2 Мюон \mu^- \, / \, \mu^+ −1 / +1 105,66 Мюонное нейтрино / Мюонное антинейтрино \nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu 0 < 0,17[4]
3 Тау-лептон \tau^- \, / \, \tau^+ −1 / +1 1776,99 Тау-нейтрино / тау-антинейтрино \nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau 0 < 15,5[4]

Массы нейтрино не равны нулю (это подтверждается существованием нейтринных осцилляций), но настолько малы, что не были измерены напрямую на 2011 год.

См. также чармоний, кварконий, боттомоний.

Бозоны[править | править вики-текст]

Бозоны имеют целочисленные спины. Фундаментальные силы природы переносятся калибровочными бозонами, а масса, согласно теории, создаётся бозонами Хиггса. По Стандартной модели, элементарными бозонами являются следующие частицы:

Название Заряд (e) Спин Масса (ГэВ) Переносимое взаимодействие
Фотон 0 1 0 Электромагнитное взаимодействие
W± ±1 1 80,4 Слабое взаимодействие
Z0 0 1 91,2 Слабое взаимодействие
Глюон 0 1 0 Сильное взаимодействие
Бозон Хиггса 0 0 ≈125 Поле Хиггса

Бозон Хиггса, или хиггсон. В механизме Хиггса Стандартной модели массивный хиггсовский бозон создаётся из-за спонтанного нарушения симметрии поля Хиггса. Присущие элементарным частицам массы (в частности, большие массы W±- и Z0-бозонов) могут быть объяснены их взаимодействиями с этим полем. Многие физики ожидают открытия бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере (англ. Large Hadron Collider, LHC) — ускорителе заряженных частиц, который построен в ЦЕРНе и запущен в сентябре 2008 года. Сведения о нахождении частицы, похожей на бозон Хиггса, уже были обнародованы (источник), однако, в настоящее время идёт проверка данных и определение свойств найденной частицы.

Гипотетические частицы[править | править вики-текст]

Суперсимметричные теории, расширяющие Стандартную модель, предсказывают существование новых частиц (суперсимметричных партнёров частиц Стандартной модели), но ни одна из них не была экспериментально подтверждена (на июнь 2009 года).

Кроме того, в других моделях вводятся следующие пока не зарегистрированные частицы:

Составные частицы[править | править вики-текст]

Кварковая структура протона: 2 u-кварка и 1 d-кварк

Адроны[править | править вики-текст]

Адроны определяются как сильно взаимодействующие составные частицы. Адроны состоят из кварков и делятся на 2 категории:

  • барионы, которые состоят из 3 кварков 3 цветов и образуют бесцветную комбинацию;
  • мезоны, которые состоят из 2 кварков (точнее 1 кварка и 1 антикварка).

Кварковые модели, впервые предложенные в 1964 году независимо Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом (который назвал кварки «тузами»), описывают известные адроны как составленные из свободных (валентных) кварков и/или антикварков, крепко связанных сильным взаимодействием, которое переносится глюонами. В каждом адроне также содержится «море» виртуальных кварк-антикварковых пар.

См. также партон (частица).

Барионы (фермионы)[править | править вики-текст]

Комбинация трёх u, d или s-кварков с общим спином 3/2 формирует так называемый барионный декуплет.
См. более подробный список барионов.

Обычные барионы (фермионы) содержат каждый три валентных кварка или три валентных антикварка.

  • Нуклоны — фермионные составляющие обычного атомного ядра:
  • Гипероны, такие, как Λ-, Σ-, Ξ- и Ω-частицы, содержат один или больше s-кварков, быстро распадаются и тяжелее нуклонов. Хотя обычно в атомном ядре гиперонов нет (в нём содержится лишь примесь виртуальных гиперонов), существуют связанные системы одного или более гиперонов с нуклонами, называемые гиперядрами.
  • Также были обнаружены очарованные и прелестные барионы.

Недавно были найдены признаки существования экзотических барионов, содержащих пять валентных кварков; однако были сообщения и об отрицательных результатах. Вопрос их существования остаётся открытым.

  • Пентакварки состоят из пяти валентных кварков (точнее, четырёх кварков и одного антикварка).

См. также дибарионы.

Мезоны (бозоны)[править | править вики-текст]

Мезоны с нулевым спином формируют нонет.
См. более подробный список мезонов.

Обычные мезоны содержат валентный кварк и валентный антикварк. В их число входят пион, каон, J/ψ-мезон и многие другие типы мезонов. В моделях ядерных сил взаимодействие между нуклонами переносится мезонами.

Могут существовать также экзотические мезоны (их существование всё ещё под вопросом):

Мезоны с нулевым спином формируют нонет.

Атомные ядра[править | править вики-текст]

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, связанных сильным взаимодействием. Каждый тип ядра содержит строго определённое число протонов и строго определённое число нейтронов и называется нуклидом или изотопом. В настоящее время известно более 3000 нуклидов, из которых в природе встречается лишь около 300 (см. таблицу нуклидов). Ядерные реакции и радиоактивный распад могут превращать один нуклид в другой.

Некоторые ядра имеют собственные названия. Кроме протона (см. выше), собственными названиями обладают:

Атомы[править | править вики-текст]

Атомы — самые маленькие частицы, на которые материя может быть разделена с помощью химических реакций. Атом состоит из маленького тяжёлого положительно заряженного ядра, окружённого относительно большим лёгким облаком электронов. Каждый тип атома соответствует определённому химическому элементу, 111 из которых имеют официальное название (см. Периодическую систему элементов).

Существуют также короткоживущие экзотические атомы, в которых роль ядра (положительно заряженной частицы) выполняет позитрон (позитроний) или положительный мюон (мюоний). Имеются также атомы с отрицательным мюоном вместо одного из электронов (мюонный атом). Химические свойства атома определяются количеством электронов в нём, которое, в свою очередь, зависит от заряда его ядра. Все нейтральные атомы с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым количеством протонов в ядре) химически идентичны и представляют один и тот же химический элемент, хотя их масса может отличаться из-за различного количества нейтронов в ядре (такие атомы с различным числом нейтронов в ядре представляют различные изотопы одного элемента). В нейтральных атомах число электронов равно числу протонов в ядре. Атомы, лишённые одного или нескольких электронов (ионизованные), называются положительными ионами (катионами); атомы с лишними электронами называются отрицательными ионами (анионами).

Молекулы[править | править вики-текст]

Молекулы — самые маленькие частицы вещества, ещё сохраняющие его химические свойства. Каждый тип молекулы соответствует химическому соединению. Молекулы состоят из двух или более атомов. Они могут быть как нейтральными, так и заряженными (молекулярные ионы).

Квазичастицы[править | править вики-текст]

В их число входят:

Другие существующие и гипотетические частицы[править | править вики-текст]

Классификация по скорости[править | править вики-текст]

  • Тардионы, или брадионы, движутся медленнее света и имеют ненулевую массу покоя. К ним относятся все известные частицы, кроме безмассовых.
  • Люксоны движутся со скоростью света и не имеют массы покоя. К ним относятся фотон и глюон (а также пока неоткрытый гравитон).
  • Тахионы — гипотетические частицы, движущиеся быстрее света и имеющие мнимую массу.
  • Сверхбрадионы — гипотетические частицы, движущиеся быстрее света, но имеющие действительную массу.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Определение элементарной частицы как частицы, не имеющей внутренней структуры, принято в английском и некоторых других разделах Википедии. Данный список придерживается этой терминологии. В других статьях русской Википедии такие частицы называются фундаментальными, а термин «элементарная частица» используется для неделимых частиц, к которым помимо фундаментальных частиц относятся и адроны (которые в результате конфайнмента нельзя разделить на отдельные кварки).

Источники[править | править вики-текст]

  1. Физики обнаружили претендента на роль бозона Хиггса // Lenta.ru 4.07.2012
  2. В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона — Elementy.ru, 4.07.2012  (рус.)
  3. Масса top-кварка: теперь неопределённость на отметке 1,2% (англ.) (3 August 2006). Проверено 25 сентября 2009. Архивировано из первоисточника 21 февраля 2012.
  4. 1 2 3 Лабораторные измерения и ограничения на свойства нейтрино (англ.). Проверено 25 сентября 2009. Архивировано из первоисточника 21 февраля 2012.
  5. Горбунов Д. С., Дубовский С. Л., Троицкий С. В. Калибровочный механизм передачи нарушения суперсимметрии. УФН 169 705—736 (1999).
  6. Anselm A. A. Experimental test for arion — photon oscillations in a homogeneous constant magnetic field. Phys. Rev. D 37 (1988) 2001.
  7. Dearborn D. S. P. et al. Astrophysical constraints on the couplings of axions, majorons, and familons. Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 26.
  8. Элементы - новости науки: Эксперимент CROWS по поиску гипотетических сверхлегких частиц дал отрицательный результат

Ссылки[править | править вики-текст]

  • S. Eidelman et al. (2004). «Review of Particle Physics». Physics Letters B 592: 1. (На сайте Particle Data Group находится регулярно обновляемая электронная версия этого обзора свойств частиц.)
  • Joseph F. Alward, Elementary Particles, Department of Physics, University of the Pacific
  • Elementary particles, The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.