Свойства элементарных частиц

1.    Корпускулярно-волновой дуализм - представление о сущности микрочастиц, заключающееся в том, что в их поведении проявляются корпускулярные и волновые свойства.

2.   Наличие античастицы у частиц. Античастицы отсутствуют лишь у фотона и двух мезонов.

3.   Процесс аннигиляции – превращение частиц и античастиц в фотоны и мезоны больших энергий (вещество превращается в излучение).

4.   Универсальная взаимопревращаемость.

Характеристики элементарных частиц и их классификация:

·         Масса

·         Среднее время

·         Магнитный момент

·         Электрический заряд

·         Спин

·         Изоспин

·         Лептонное число

·         Барионное число

·         Очарованность

·         Странность

·         Прелестность

·         Центр зарядового мультиплета

Масса атомного ядра определяется экспериментально. Она всегда меньше суммы массы составляющих его элементов.

bezymyannyy.png

bezymyannyy2.png

За единицу отсчета берется масса покоя электрона. Он считается самой легкой из всех частиц. В зависимости от массы покоя все частицы можно разделить на:

-       частицы, не имеющие массы покоя. Это фотоны, движущиеся со скоростью света;

-       лептоны – легкие частицы. К ним относятся электрон и нейтрино;

-       мезоны – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона;

-       барионы – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона. К ним относятся протоны, нейтроны, гипероны.

Электрический заряд. Он всегда кратен фундаментальной единице заряда – заряду электрона (–1). Заряд может быть отрицательным, положительным либо нулевым. Должны существовать также частицы с дробным электрическим зарядом – кварки.

Время жизни. Изменяется в пределах от до 10-24 секунды.

bezymyannyy3.png

При этом различают стабильные и нестабильные частицы. К стабильным частицам относятся фотон, электрон, протон и нейтрино. Нейтрон стабилен, когда находится в ядре атома. Свободный нейтрон распадается в среднем за 15 минут. Все остальные частицы – нестабильные, они существуют 10-10– 10-24с. Самые короткоживущие частицы называются резонансами. Эти частицы распадаются еще до того, как успеют покинуть атом или атомное ядро. Их время жизни – 10-25– 10-26с. Существование этих частиц вычислено теоретически, в реальных экспериментах они не фиксируются. Разумеется, наиболее важная роль в мире принадлежит стабильным частицам, из которых и состоят все макротела.

Спин (J). Собственный момент импульса частицы определяет вид статистики, которой подчиняется частица: целый – бозоны (мезоны); нецелый фермионы (барионы). Измеряется в единицах h (от 0 до 9/2).

Электрический заряд Q. Среди многообразия элементарных частиц встречаются положительно и отрицательно заряженные частицы, а также нейтральные частицы. Принято измерять заряд частиц в единицах абсолютной величины заряда электрона. Таким образом, электрический заряд может равняться

Q = 0, ± 1, ± 2,...

Магнитный момент - максимальное значение проекции вектора собственного магнитного момента pm частицы. Измеряется в единицах μ0.

μ0=ећ/2m

Лептонное число (L) - квантовое число, приписываемое элементарным частицам, относящихся к группе лептонов.

L= +1, для лептонов (е-, μ-,  -,     )

L= - 1, для антилептонов +, μ+,  +, )

L= 0, для остальных частиц

Барионное число(В) - число, приписываемое адронам.

В = 0 – мезоны (пионы, каоны, з-мезон)

В= +1 – барионы (нуклоны, гипероны)

В= 0 – лептоны, фотоны

Центр зарядового мультиплета гиперонов смещен относительно соответствующих центров нуклона.

+1/2

нуклоны

0

р - мезоны

Странность (S) - квантовое число, определяемое удвоенной суммой величины смещения центра зарядового мультиплета.

S= 0 для нуклонов и з - мезонов

Изоспин (I) внутренняя характеристика адронов,определяющая число n частиц в изотопном мультиплете.

n=2J+1

Элементарные частицы объединяются в три группы: фотоны, лептоны и адроны.

К группе фотонов относится единственная частица – фотон, которая является носителем электромагнитного взаимодействия.

Следующая группа состоит из легких частиц лептонов. В эту группу входят два сорта нейтрино (электронное и мюонное), электрон и μ-мезон. К лептонам относятся еще ряд частиц, не указанных в таблице. Все лептоны имеют спин ½.

Третью большую группу составляют тяжелые частицы, называемые адронами. Эта группа делится на две подгруппы. Более легкие частицы составляют подгруппу мезонов. Наиболее легкие из них – положительно и отрицательно заряженные, а также нейтральные π-мезоны с массами порядка 250 электронных масс. Пионы являются квантами ядерного поля, подобно тому, как фотоны являются квантами электромагнитного поля. В эту подгруппу входят также четыре K-мезона и один η0-мезон. Все мезоны имеют спин, равный нулю.

Вторая подгруппа – барионы – включает более тяжелые частицы. Она является наиболее обширной. Самыми легкими из барионов являются нуклоны – протоны и нейтроны. За ними следуют так называемые гипероны. Замыкает таблицу омега-минус-гиперон, открытый в 1964 г. Это тяжелая частица с массой в 3273 электронных масс. Все барионы имеют спин ½.

28389-sovremennaya-klassifikaciya-elementarnyh-chastic.jpg