Классификация элементарных частиц

Насколько разнообразны элементарные частицы, настолько же разнообразны и их характеристики. Именно на основании характеристик и составлена классификация элементарных частиц.

Один из самых важных показателей - это масса. Важно брать во внимание именно массу покоя частицы, поскольку в момент движения, особенно с высокими скоростями, она значительно увеличивается. Иногда, не учитывая этот факт, некоторые ученые объявляли об открытии новых частиц, хотя имели дело с давно известными. Единицей отсчета принято считать массу покоя электрона, поскольку он является самой легкой из них. В наше время классификация элементарных частиц в соответствии с их массами покоя выглядит следующим образом:

• фотоны, у которых нет массы покоя, поскольку постоянно движутся со световой скоростью;
• легкие частицы – лептоны, к которым относятся нейтрино и электрон;
• средние частицы, которые весят от одной массы электрона до тысячи;
• тяжелые – барионы, обладающие массой в более, чем тысячу масс электрона, к которым относятся нейтроны, протоны, гиперионы.

Следующая характеристика, по которой создана классификация элементарных частиц, – их электрический заряд. Он кратен заряду одного электрона (-1) всегда. Согласно данной характеристике все частицы делятся на положительно заряженные, отрицательно заряженные и с нулевым зарядом. Предполагается также существование частиц, имеющих дробный заряд.

Еще одна характеристика, по которой создана классификация элементарных частиц, – время их жизни:

Видео: Элементарные частицы — Дмитрий Казаков

• стабильные частицы, к коим относятся электрон, нейтрино, фотон и протон, нейтрон сохраняет стабильность до тех пор, пока находится в составе ядра атома, а в свободном состоянии он распадается в течение 15 минут;
• нестабильные частицы – все остальные. Время жизни у них 10(-10) – 10(-24) секунд, а частицы с самой короткой длительность жизни – резонансы, разрушающиеся еще до того, как успевают покинуть атомное ядро или атом. Живут они 10(-25) - 10(-26) секунды. Хотя существование такого рода частиц теоретически вычислено, но практически их никто не зафиксировал. В жизнедеятельности человека самая важная роль принадлежит, конечно, стабильным частицам, ведь именно из них и построены все макротела.

Следующая классификационная характеристика – тип взаимодействия:

Видео: Физика элементарных частиц, Ю.И. Сковпень. Семинар 15

• лептоны - частицы, которые участвуют только в слабом и электромагнитном взаимодействии;
• адроны - это частицы, которые, помимо вышеперечисленных, принимают участие еще и в сильных взаимодействиях.

Но самая важная характеристика элементарных частиц – это спин (описание импульса частицы). Такая величина в классической механике описывает характеристику вращения тела. Но физика, рассматривая свойства элементарных частиц, спин характеризует по-другому - как внутреннюю степень свободы данной частицы. Он может принимать только положительные значения, которые пропорциональны постоянной Планка, в отличие от спина в механике, способного принимать любые значения. Коэффициент, выражающий его пропорциональность, назван квантовым спиновым числом. Для одних частиц он может иметь целочисленные (0, 1, 2), а у других - полуцелые (1/2, 3/2) значения. Частица, обладающая 0-вым спином, выглядит одинаково при повороте ее под любым углом, со спином в единицу - обретает такой же вид после поворота ее на 360 градусов, а со спинов равным 2 – после поворота на 180 градусов, со спином в ½- - на 720 градусов. Все частицы с нецелым значением спинов носят название – фермионы. К ним относятся все широко известные частицы, например, протоны, электроны, нейтроны. Их спины составляют 1/2. А с целочисленными – бозоны. Эти вещества, по сути, являются квантами полей, но даже обладая корпускулярными свойствами, все же выступают в роли полей в классическом пределе. Ярким образцом бозонов является фотон, спин у которых составляет 1, а также мезоны с нулевым спином.