3. Некоторые сведения об элементарных частицах

В этом курсе мы уже сталкивались со следующими элементарными частицами: протон (p), нейтрон (n), электрон и позитрон (e), фотон (), нейтрино (), антинейтрино (), промежуточные бозоны (W, Z), пионы (, ^o). Число известных элементарных частиц приближается к 500, если включать в это число и античастицы. Среди только что приведенного списка пары частица-античастица образуют e, è , W, . У фотона (), Z-бозона и ^o частица совпадает с античастицей (точное отличие частиц и античастиц будет сформулировано в Лекции 9).

Есть несколько стабильных частиц - p, e, , (и соответствующих им античастиц). Они или совсем не распадаются или распадаются столь медленно, что это никогда не наблюдалось. Из опыта известно, например, что время жизни электрона _e>4.310²³ лет, протона _p>10³² лет, что на много порядков превышает возраст Вселенной (10¹⁰ лет). Свободный нейтрон распадается за _n900 сек, но в ядре может быть не менее стабилен, чем протон. Важно подчеркнуть, что продукты распада нейтрона

n p + e^- + _e

(нижний индекс “e” в обозначении антинейтрино _e означает, что речь идет об одном (электронном) типе нейтрино) не являются составными частями нейтрона, а рождаются в момент его распада. Это же справедливо для всех других частиц, претерпевающих распад. Частицы распада - не составные части исходной частицы, а рождаются в момент е¸ распада. Это кардинально отличает элементарную частицу от всех других известных объектов и может быть принято как одно из определений элементарной частицы. При соударении двух очень энергичных частиц рождается много новых. Наблюдались события, где рождались сотни частиц и все они были не осколками столкнувшихся, а полноценными новыми частицами. Таким образом, наряду с более формальным определением элементарной частицы (или просто частицы), ведущим к началу этой лекции:

- (элементарной) частицей будем называть объект размером 1 ôì;

можно использовать и более физическое определение:

- (элементарной) частицей будем называть объект, который нельзя

расщепить на составляющие его элементы.

Кроме “абсолютно” стабильных перечисленных выше частиц (p, e, , ) и нейтрона у остальных времена жизни лежат в диапазоне 10^-24-10^-6 сек. Большинство живет <10^-20 сек и называются резонансами. О более долгоживущих условно говорят тоже как о стабильных (или квазистабильных). Резонансы распадаются за счет сильного взаимодействия (характерные времена таких распадов малы - 10^-22-10^-24 сек). Их можно рассматривать как возбуждения стабильных (квазистабильных) частиц. Квазистабиль-ные частицы распадаются “медленно” (>10^-20 сек) и их распады вызваны электромагнитным или слабым взаимодействием.

Большинство известных частиц (более 450) имеют размеры 1фм и состоят из 2-х или 3-х кварков. Они называются адронами и участвуют во всех видах взаимодействий (сильных, электромаг-нитных и слабых).

Шесть лептонов (e, , , _e, , ) вместе с шестью кварками (d, u, s, c, b, t) на современном уровне знаний точечны (бесструктурны). Их размер <10^-16 см. Существование кварков твердо установлено, хотя в свободном состоянии они никогда не наблюдались.