2.Классификация элементарных частиц

Атом (от греческого atomos — неделимый), наименьшая частица химического элемента. В центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома; вокруг движутся электроны, образуя электронные оболочки.

Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтронов.

Протон (от греческого protos — первый) (p), стабильная положительно заряженная элементарная частица; ядро атома водорода 1H. Число протонов в ядре определяет заряд ядра и его место (порядковый номер) в периодической системе химических элементов. Возможная нестабильность протона оценивается временем его жизни ~1032 лет.

Нейтрон (n), нейтральная элементарная частица с массой, незначительно превышающей массу протона. Нейтроны устойчивы только в составе ядер. Свободный нейтрон нестабилен, распадается на протон и электрон в среднем за время 15,3 мин. В отличие от заряженных частиц, нейтроны легко проникают в ядра и захватываются ими.

Элементарные частицы, общее название мельчайших «комочков материи» на следующем (после ядер) уровне строения материи (субъядерные частицы). К элементарным частицам относятся протон (p), нейтрон (n), электрон (e), фотон (g), нейтрино (n) и др. и их античастицы. Все элементарные частицы делятся на 2 группы — адроны и лептоны (кроме фотона).

Адроны (от греческого hadros — большой, сильный), общее название элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях Адроны не удовлетворяют строгому определению элементарности, т.к., по современным представлениям, являются составными — состоят из кварков. Всего известно более 350 элементарных частиц, большинство из них нестабильно. Число их продолжает расти.

Кварки - точечные бесструктурные частицы. В свободном состоянии кварки не наблюдались. Название «кварки» введено американским физиком М. Гелл-Маном; оно заимствовано из романа Дж. Джойса «Поминки по Финнегану», где означает нечто неопределенное, мистическое.

Лептоны, элементарные частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях. К лептонам относятся электрон, мюоны, нейтрино и др. Название “лептон” (от греческого leptos — тонкий, легкий) связано с тем, что массы известных до 1975 лептонов были меньше масс всех других элементарных частиц, имеющих массу покоя.

Кварки и лептоны в современной физике выступают как предельная ступень дробления материи.

3. Характеристики субатомных частиц

Характеристиками субатомных частиц являются масса (масса покоя), электрический заряд, спин (собственный момент количества движения), время жизни частицы, магнитный момент, пространственная четность, лептонный заряд, барионный заряд и др.

Частица, имеющая нулевую массу покоя, движется со скоростью света (фотон). Нет двух частиц с одинаковыми массами. Электрон – самая легкая частица с ненулевой массой покоя. Протон и нейтрон тяжелее электрона почти в 2000 раз. А самая тяжелая из известных элементарных частиц (Z –частицы) обладает массой в 200 000 раз больше массы электрона.

Электрический заряд меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен фундаментальной единице заряда – заряду электрона (-1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда.

Важная характеристика частицы – спин. Он также всегда кратен некоторой фундаментальной единице, которая выбрана равной Ѕ. Так, протон, нейтрон и электрон имеют спин Ѕ, а спин фотона равен 1. Частица со спином 0 при любом угле поворота выглядит одинаково. Частицы со спином 1 принимают тот же вид после полного оборота на 360° . Частиц со спином более 2 не обнаружено, и возможно их вообще не существует. В зависимости от спина, все частицы делятся на две группы:

бозоны – частицы со спинами 0,1 и 2;

фермионы – частицы с полуцелыми спинами (Ѕ, 3/2)

Частицы характеризуются и временем их жизни. По этому признаку частицы делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные частицы – это электрон, протон, фотон и нейтрино. Все остальные известные частицы – нестабильны; время их жизни колеблется от нескольких микросекунд до 10 n сек (где n = - 23).

Заключение

Классификация частиц на лептоны, адроны и переносчики взаимодействий исчерпывает мир известных нам субатомных частиц. Каждый вид частиц играет свою роль в формировании структуры материи и Вселенной.

Вопросы по теме

1. Какие четыре фундаментальные взаимодействия присущи миру субатомных частиц?

2. Из чего состоит ядро атома?

3. Что такое адрон?

4. Какая самая легкая частица с ненулевой массой покоя?

5. Какие элементарные частицы не участвуют в сильных взаимодействиях?

6. Как выглядит частица со спином равным 0?