| 8695912 9216 5224 943 1 такое деление взаимодействий на классы в пределе самых больших энергий, пока остаётся неясным.
В зависимости от участия в тех или иных видах взаимодействий все изученные Э. ч., за исключением фотона, разбиваются на две осн. группы: адроны (от греч. hadros - большой, сильный) и лептоны (от греч. leptos - мелкий, тонкий, лёгкий). Адроны характеризуются прежде всего тем, что они обладают сильными взаимодействиями, наряду с электромагнитными и слабыми, тогда как лептоны участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. (Наличие общих для той и другой группы гравитационных взаимодействий подразумевается.) Массы адронов по порядку величины близки к массе протона (тр); минимальную массу среди ад-ронов имеет я-мезон: тк =l/7 * тр. Массы лептонов, известных до 1975 - 76, были невелики (и 0,1 т$), однако новейшие данные, видимо, указывают на возможность существования тяжёлых лептонов с такими же массами, как у адронов. Первыми исследованными представителями адронов были протон и нейтрон, лептонов - электрон. Фотон, обладающий только электромагнитными взаимодействиями, не может быть отнесён ни к а дренам, ни к лептонам и должен быть выделен в отд. группу. По развиваемым в 70-х гг. представлениям фотон (частица с нулевой массой покоя) входит в одну группу с очень массивными частицами - т. н. промежуточными векторными бозонами, ответственными за слабые взаимодействия и пока на опыте не наблюдавшимися (см. раздел Элементарные частицы и квантовая теория поля).
Характеристики элементарных частиц. Каждая Э. ч., наряду со спецификой присущих ей взаимодействий, описывается набором дискретных значений определённых физ. величин, или своими характеристиками. В ряде случаев эти дискретные значения выражаются через целые или дробные числа и нек-рый общий множитель - единицу измерения; об этих числах говорят как о квантовых числах Э. ч. и задают только их, опуская единицы измерения.
Общими характеристиками всех Э. ч. являются масса (т), время жизни (t), спин (J) и электрич. заряд (О). Пока нет достаточного понимания того, по какому закону распределены массы Э. ч. и существует ли для них какая-то единица измерения.
В зависимости от времени жизни Э. ч. делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными, в пределах точности совр. измерений, являются электрон (т > 5 • 1021 лет), протон (t > 2*1030 лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относят частицы, распадающиеся за счёт электромагнитных и слабых взаимодействий. Их времена жизни > 10-20 сек (для свободного нейтрона даже ~ 1000 сек). Резонансами наз. Э. ч., распадающиеся за счёт сильных взаимодействий. Их характерные времена жизни Ю-23 - 10-2 сек. В нек-рых случаях распад тяжёлых резонансов (с массой >= 3 Гэв) за счёт сильных взаимодействий оказывается подавленным и время жизни увеличивается до значений ~ 10-20 сек.
Спин Э. ч. является целым или полуцелым кратным от величины Л. В этих единицах спин я- и К-мезонов равен 0, у протона, нейтрона и электрона J - '/2, У фотона J = 1. Существуют частицы и с более высоким спином. Величина спина Э. ч. определяет поведение ансамбля одинаковых (тождественных) частиц, или их статистику (В. Паули, 1940). Частицы полуцелого спина подчиняются Ферми - Дирака статистике (отсюда назв. фермионы), к-рая требует антисимметрии волновой функции системы относительно перестановки пары частиц (или нечётного числа пар) и, следовательно, "запрещает" двум частицам полуцелого спина находиться в одинаковом состоянии {Паули принцип). Частицы целого спина подчиняются Базе - Эйнштейна статистике (отсюда назв. бозоны), к-рая требует симметрии волновой функции относительно перестановок частиц и допускает нахождение любого числа частиц в одном и том же состоянии. Статистич, свойства Э. ч. оказываются существенными в тех случаях, когда при рождении или распаде образуется неск. одинаковых частиц. Статистика Ферми - Дирака играет также исключительно важную роль в структуре ядер и определяет закономерности заполнения электронами атомных оболочек, лежащие в основе периодич. системы элементов Д. И. Менделеева. Электрич. заряды изученных Э. ч. являются целыми кратными от величины е & = 1,6*10-19 к, наз. элементарным электрическим зарядом. У известных Э. ч. О - О, ±1, ±2.
Помимо указанных величин Э. ч. дополнительно характеризуются ещё рядом квантовых чисел, наз. внутренними. Лептоны несут специфич. лептонный заряд L двух типов: электронный (Le) и мюонный (Lм); Le = +1 для электрона и электронного нейтрино, Lм = + 1 для отрицательного мюона и мюонного нейтрино. Тяжёлый лелтон т и связанное с ним нейтрино, по-видимому, являются носителями нового типа лептонного заряда LI.
Для адронов L = 0, и это ещё одно проявление их отличия от пептонов. В свою очередь, значит, части адронов следует приписать особый барионный заряд В (|В| = 1). Адроны с В - + 1 образуют подгруппу барионов (сюда входят протон, нейтрон, гипероны, барионные резонансы), а адроны с В = 0 - подгруппу мезонов (л- и К-мезоны, бозонные резонансы). Назв. подгрупп адронов происходит от греч. слов barys - тяжёлый и mesos - средний, что на нач. этапе исследований Э. ч. отражало сравнит, величины масс известных тогда барионов и мезонов. Более поздние данные показали, что массы барионов и мезонов сопоставимы. Для лептонов В = 0. Для фотона В = 0 и L = 0. ' Барионы и мезоны подразделяются на уже упоминавшиеся совокупности: обычных (нестранных) частиц (протон, нейтрон, я-мезоны), странных частиц (гипероны, К-мезоны) и очарованных частиц. Этому разделению отвечает наличие у адронов особых квантовых чисел: странности S и очарования (англ, charm) Ch с допустимыми значениями: \S\ = О, 1, 2, 3 и \Ch\ = О, 1, 2, 3. Для обычных частиц S = 0 и |Ch| = 0, для странных частиц |S|<> 0, Сh = 0, для очарованных частиц \Ch\ <> О, a |S| = О, 1, 2. Вместо странности часто используется квантовое число гиперзаряд У = 5+ В, имеющее, по-видимому, более фундаментальное значение.
Уже первые исследования с обычными адронами выявили наличие среди них семейств частиц, близких по массе, с очень сходными свойствами по отношению к сильным взаимодействиям, но с различными значениями электрич. заряда. Протон и нейтрон (нуклоны) были первым примером такого семейства. Позднее аналогичные семейства были обнаружены среди странных и (в 1976) среди очарованных адронов. Общность свойств частиц, входящих в такие семейства, является отражением существования у них одинакового значения спец. квантового числа - изотопического спина I, принимающего, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Сами семейства обычно наз, изотопич. мультиплетами. Число частиц в мультиплете (п) связано с / соотношением: n = 21 + 1. Ча-
Табл. 1. - Основные элементарные частицы и их характеристики
Частица
Античастица
Масса, Мэв
J p
I, Y, Ch
Время жизни, сек. ширина, Мэв (*)
Фотон
Y
0
1-
-
стабилен
Лептоны
е-
е+
0,511003(1)
1/2
-
стабильны
ve
~ve
0(<3*10-s)
1/2
-
стабильны
м-
м+
105,6595(3)
1/2
-
2,19713(7)*10-6
vм
~vм
0(<0,4)
1/2
-
стабильны
т-
т+
1900(100)
1/2
-
?
vт
~vт
<600
1/2
-
?
Мезоны (В=0)
л+
л0
л-
139,569(6)1 134,964(7)1
0-
2,603(2)*10-8 0,83(6)*10-16
* p+
p0
р-
773(3)
1-
152(3)
* В+
B0
В-
1230(10)
1+
125(10)
* А+
А°
А-
1310(5)
2+
1,0,0
102(5)
* р'2+
р'20
р'2-
1600
1-
~400
* g+
g°
g-
1690(20)
3-
180(30)
* S+
S°
S-
1940
4+
54
|
