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.
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.
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 (е+, 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.