- •Часть 3
- •Оглавление
- •Предисловие
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •Содержание дисциплины
- •Самостоятельная работа и контроль знаний студентов
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •1.1. Геометрическая оптика
- •1.2. Интерференция света
- •1.3. Дифракция света
- •1.4. Поляризация света
- •1.5. Дисперсия и поглощение света
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •2.1. Тепловое излучение
- •2.2. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •3.1. Строение атомов
- •3.2. Спектр атома водорода
- •3.3. Волновые свойства частиц вещества
- •3.4. Элементы квантовой механики
- •3.5. Электронная оболочка атома
- •3.6. Атом водорода в квантовой механике
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •4.1. Строение и свойства атомного ядра
- •4.2. Радиоактивность
- •4.3. Ядерные реакции
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •5.1. Краткие исторические сведения
- •5.2. Классы элементарных частиц
- •5.3. Основные характеристики элементарных частиц
- •В опросы для самоконтроля По теме Волновая оптика
- •По теме Квантовая оптика
- •По теме Физика атома
- •По теме Физика атомного ядра
- •По теме Физика элементарных частиц
- •Т олковый словарь
- •З аключение
- •Библиографический список
- •Краткий курс физики
- •Часть 3
- •394026 Воронеж, Московский просп.,14
5.2. Классы элементарных частиц
Для всех классов элементарных частиц можно отметить несколько общих свойств:
1. Частицы могут быть стабильными (электрон, протон, нейтрон) и нестабильными. Нестабильность частицы определяется ее временем жизни (или шириной энергетического интервала ∆E ћ/∆t) и каналами протекания распада данной частицы. Резонансами называются нестабильные частицы с временем жизни 10-23 с. Квазистабильными называются частицы с временем жизни много большим 10-23 с.
2. Частицы могут быть истинно элементарными (фундаментальными или безструктурными – фотон, электрон, нейтрино, кварки) и составными (например, нуклон, состоящий из кварков).
3. Частица может быть либо бозоном (целый спин), либо фермионом (полуцелый спин).
4. Почти каждой частице соответствует античастица, у которой все заряды (электрический, барионный, лептонный) имеют противоположный знак.
5. Все элементарные частицы делятся на адроны (барионы и барионные резонансы, мезоны и мезонные резонансы) – сильно взаимодействующие частицы; лептоны (фермионы, не участвующие в сильном взаимодействии) и фундаментальные бозоны – переносчики взаимодействий.
Адроны (от греч. hadrós - большой, сильный) – самый многочисленный класс элементарных частиц, участвующих во всех фундаментальных взаимодействиях – гравитационном, электромагнитном, сильном и слабом. За исключением стабильного протона (его время жизни больше 1031 лет), все другие адроны распадаются.
Адроны делятся на два больших класса – барионы (адроны со спином 1/2 - фермионы; только у омега-минус-гиперона спин равен 3/2), которые, в свою очередь, делятся на нуклоны (протоны и нейтроны) и гипероны, и мезоны (адроны с нулевым или вообще с целым спином - бозоны) (табл. 1). Открыто более 400 адронов. Все адроны состоят из кварков.
Лептоны (от греч. leptós – тонкий, легкий, то есть лептоны – частицы с маленькой массой) – истинно элементарные частицы (нет данных о внутренней структуре лептонов), не участвующие в сильном взаимодействии.
Лептоны разделяются на три семейства (дуплеты) – электрон е- и его нейтрино е ; мюон - и его нейтрино ; таон (тау - лептон) - и его нейтрино . У всех шести лептонов имеются соответствующие античастицы: позитрон е+ и электронное антинейтрино е ; плюс - мюон + и мюонное антинейтрино ; плюс - таон + и таонное антинейтрино (получается всего 12 лептонов).
Кварки – предполагаемые фундаментальные частицы со спином 1/2, то есть фермионы, из которых состоят все адроны. К кваркам относится принцип запрета Паули. Всего существует шесть разновидностей (или ароматов) кварков: u, d, s, c, b и t (от английских слов up - вверх, down - вниз, strange - странный, charm - очарование, bottom - дно, top - вершина). Однако оказалось, что может существовать не один, а три кварка с одним и тем же ароматом. Различие между ними описывается дополнительным квантовым числом – цветом (цветовым зарядом), значения которого R (красный), G (зеленый), B (синий). Соответственно, антикварки обладают цветами R (антикрасный), G (антизеленый), B (антисиний). Следовательно, всего существует 18 кварков и 18 антикварков. Смесь всех трех цветов считается бесцветной (белой). Пара кварк-антикварк обладает «скрытым» цветом. Кварки имеют дробный электрический заряд. Кварки u, c, t называют верхними, их заряд равен (+ 2e/3 ), а кварки d, s, b – нижними, их заряд равен (– e/3). Все барионы состоят из трех кварков, а все мезоны – из кварка и антикварка. Нуклоны состоят из легких кварков u и d. Из этих же кварков и их антикварков состоят -мезоны: +-мезоны = ud, --мезоны = du, 0-мезоны = (uu + dd)/21/2, то есть +-мезоны и --мезоны являются античастицами друг друга, а 0-мезон совпадает со своей античастицей. Частицы, содержащие s-кварк, называют странными, содержащие c-кварк – очарованными. Адроны оказываются «бесцветными», как говорят, - «белыми», так как «цвет» и «антицвет» нейтрализуют друг друга по кварковой теории.
Гипероны – барионы, в состав которых входят более тяжелые кварки, чем u и d. Из кварков u, d и s можно составить шесть гиперонов со спином 1/2 и кварковыми составами: 0 (uds), + (uus), 0 (uds), - (dds), 0 (uss), - (dss), и гипероны со спинами 3/2 и кварковыми составами: ∆- (ddd), ∆0 (udd), ∆+ (uud), ∆++ (uuu), - (sss). Частицы с одинаковым кварковым составом могут носить разные названия. Кроме трех -мезонов, еще шесть мезонов со спином и орбитальным моментом, равными нулю, которые содержат s-кварк (К+, К0, К0, К-)
Глюоны (от англ. glue - клей) – один из видов обменных квантов – фундаментальных векторных бозонов, осуществляющих сильное взаимодействие (по аналогии с фотонами – квантами электромагнитного взаимодействия и векторными бозонами W+, W-, Z0 – массивными частицами, являющимися квантами слабого взаимодействия), безмассовые (как и фотоны) частицы со спином 1.