Элементарная частица

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

Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, нейтрино, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно (см. Конфайнмент). Всего вместе с античастицами открыто более 350 элементарных частиц. Из них стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от приблизительно 1000 секунд (для свободного нейтрона) до ничтожно малой доли секунды (от 10−24 до 10−22, для резонансов).

Строение и поведение элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.

Мезон Мезон Барион Нуклон Кварк Лептон Электрон Адрон Атом Молекула Фотон W- и Z-бозоны Глюон Гравитон Электромагнитное взаимодействие Слабое взаимодействие Сильное взаимодействие Гравитация Квантовая электродинамика Квантовая хромодинамика Квантовая гравитация Электрослабое взаимодействие Теория великого объединения Теория всего Элементарная частица Вещество Бозон Хиггса
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы слева, Бозоны справа. (пункты на картинке кликабельны)

Классификация[править | править исходный текст]

По величине спина[править | править исходный текст]

Все элементарные частицы делятся на два класса:

По видам взаимодействий[править | править исходный текст]

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы[править | править исходный текст]

Фундаментальные (бесструктурные) частицы[править | править исходный текст]

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, первые экспериментальные указания на существование которого появились в 2012 году.

История[править | править исходный текст]

Первоначально термин «элементарная частица» подразумевал нечто абсолютно элементарное, первокирпичик материи. Однако, когда в 1950-х и 1960-х годах были открыты сотни адронов с похожими свойствами, стало ясно, что по крайней мере адроны обладают внутренними степенями свободы, то есть не являются в строгом смысле слова элементарными. Это подозрение в дальнейшем подтвердилось, когда выяснилось, что адроны состоят из кварков.

Таким образом, физики продвинулись ещё немного вглубь строения вещества: самыми элементарными, точечными частями вещества сейчас считаются лептоны и кварки. Для них (вместе с калибровочными бозонами) применяется термин «фундаментальные частицы».

Стандартная модель[править | править исходный текст]

Стандартная модель элементарных частиц включает в себя 12 ароматов фермионов, соответствующие им античастицы, а также калибровочные бозоны (фотон, глюоны, W- и Z-бозоны), которые переносят взаимодействия между частицами, и обнаруженный в 2012 году[1][2][3] бозон Хиггса, отвечающий за наличие массы у частиц. Однако Стандартная модель в значительной степени рассматривается скорее как теория временная, а не действительно фундаментальная, поскольку она не включает в себя гравитацию и содержит несколько десятков свободных параметров (массы частиц и т. д.), значения которых не вытекают непосредственно из теории. Возможно, существуют элементарные частицы, которые не описываются Стандартной моделью — например, такие, как гравитон (частица, переносящая гравитационные силы) или суперсимметричные партнёры обычных частиц.

Фермионы[править | править исходный текст]

12 ароматов фермионов разделяются на 3 семейства (поколения) по 4 частицы в каждом. Шесть из них — кварки. Другие шесть — лептоны, три из которых являются нейтрино, а оставшиеся три несут единичный отрицательный заряд: электрон, мюон и тау-лептон.

Поколения частиц
Первое поколение Второе поколение Третье поколение
Электрон: e Мюон: μ Тау-лептон: τ
Электронное нейтрино: νe Мюонное нейтрино: νμ Тау-нейтрино:  \nu_\tau
u-кварк («верхний»): u c-кварк («очарованный»): c t-кварк («истинный»): t
d-кварк («нижний»): d s-кварк («странный»): s b-кварк («прелестный»): b

Античастицы[править | править исходный текст]

Также существуют 12 фермионных античастиц, соответствующих вышеуказанным двенадцати частицам.

Античастицы
Первое поколение Второе поколение Третье поколение
позитрон: e+ Положительный мюон: μ+ Положительный тау-лептон: τ+
Электронное антинейтрино:  \bar{\nu}_e Мюоное антинейтрино:  \bar{\nu}_\mu Тау-антинейтрино:  \bar{\nu}_\tau
u-антикварк:  \bar{u} c-антикварк:  \bar{c} t-антикварк:  \bar{t}
d-антикварк:  \bar{d} s-антикварк:  \bar{s} b-антикварк:  \bar{b}

Кварки[править | править исходный текст]

Кварки и антикварки никогда не были обнаружены в свободном состоянии — это объясняется явлением конфайнмента. На основании симметрии между лептонами и кварками, проявляемой в электромагнитном взаимодействии, выдвигаются гипотезы о том, что эти частицы состоят из более фундаментальных частиц − преонов.

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный 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
  3. http://elementy.ru/news?newsid=431868 «Физическое сообщество считает, что хиггсовский бозон открыт.»

Ссылки[править | править исходный текст]