Элементарная частица | это... Что такое Элементарная частица? (original) (raw)
Запрос «Элементарные частицы» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.
Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, фотон, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно (см. Конфайнмент).
Строение и поведение элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.
Содержание
- 1 Классификация
- 2 История
- 3 Стандартная модель
- 4 Гипотетические элементарные частицы
- 5 См. также
- 6 Примечания
- 7 Ссылки
Классификация
По величине спина
Все элементарные частицы делятся на два класса:
- бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны, бозон Хиггса).
- фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);
По видам взаимодействий
Элементарные частицы делятся на следующие группы:
Составные частицы
- адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:
Фундаментальные (бесструктурные) частицы
- лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.
- кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.
- калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:
- фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;
- восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;
- три промежуточных векторных бозона W+, _W_− и _Z_0, переносящие слабое взаимодействие;
- гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.
Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.
Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, первые экспериментальные указания на существование которого появились в 2012 году.
История
Первоначально термин «элементарная частица» подразумевал нечто абсолютно элементарное, первокирпичик материи. Однако, когда в 1950-х и 1960-х годах были открыты сотни адронов с похожими свойствами, стало ясно, что по крайней мере адроны обладают внутренними степенями свободы, то есть не являются в строгом смысле слова элементарными. Это подозрение в дальнейшем подтвердилось, когда выяснилось, что адроны состоят из кварков.
Таким образом, физики продвинулись ещё немного вглубь строения вещества: самыми элементарными, точечными частями вещества сейчас считаются лептоны и кварки. Для них (вместе с калибровочными бозонами) применяется термин «фундаментальные частицы».
Стандартная модель
Стандартная модель элементарных частиц включает в себя 12 ароматов фермионов, соответствующие им античастицы, а также калибровочные бозоны (фотон, глюоны, _W_- и _Z_-бозоны), которые переносят взаимодействия между частицами, и обнаруженный в 2012 году[1][2][3] бозон Хиггса, отвечающий за наличие массы у частиц. Однако Стандартная модель в значительной степени рассматривается скорее как теория временная, а не действительно фундаментальная, поскольку она не включает в себя гравитацию и содержит несколько десятков свободных параметров (массы частиц и т. д.), значения которых не вытекают непосредственно из теории. Возможно, существуют элементарные частицы, которые не описываются Стандартной моделью — например, такие, как гравитон (частица, переносящая гравитационные силы) или суперсимметричные партнёры обычных частиц.
Фермионы
12 ароматов фермионов разделяются на 3 семейства (поколения) по 4 частицы в каждом. Шесть из них — кварки. Другие шесть — лептоны, три из которых являются нейтрино, а оставшиеся три несут единичный отрицательный заряд: электрон, мюон и тау-лептон.
Поколения частиц
Первое поколение | Второе поколение | Третье поколение |
---|---|---|
Электрон: e− | Мюон: μ− | Тау-лептон: τ− |
Электронное нейтрино: νe | Мюонное нейтрино: νμ | Тау-нейтрино: |
u-кварк («верхний»): u | c-кварк («очарованный»): c | t-кварк («истинный»): t |
d-кварк («нижний»): d | s-кварк («странный»): s | b-кварк («прелестный»): b |
Античастицы
Также существуют 12 фермионных античастиц, соответствующих вышеуказанным двенадцати частицам.
Античастицы
Первое поколение | Второе поколение | Третье поколение |
---|---|---|
позитрон: e+ | Положительный мюон: μ+ | Положительный тау-лептон: τ+ |
Электронное антинейтрино: | Мюоное антинейтрино: | Тау-антинейтрино: |
_u_-антикварк: | _c_-антикварк: | _t_-антикварк: |
_d_-антикварк: | _s_-антикварк: | _b_-антикварк: |
Кварки
Основная статья: Кварк
Кварки и антикварки никогда не были обнаружены в свободном состоянии — это объясняется явлением конфайнмента. На основании симметрии между лептонами и кварками, проявляемой в электромагнитном взаимодействии, выдвигаются гипотезы о том, что эти частицы состоят из более фундаментальных частиц − преонов.
Гипотетические элементарные частицы
См. также
- Список частиц
- Фундаментальная частица
- Фундаментальные взаимодействия
- Физика высоких энергий
- Физика элементарных частиц
- Физика за пределами Стандартной модели
Примечания
- ↑ Физики обнаружили претендента на роль бозона Хиггса // Lenta.ru 4.07.2012
- ↑ В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона — Elementy.ru, 4.07.2012
- ↑ http://elementy.ru/news?newsid=431868 «Физическое сообщество считает, что хиггсовский бозон открыт.»
Ссылки
- Хроника открытий в физике ядра и частиц, подготовленная сотрудниками физического факультета МГУ им М. В. Ломоносова.
- Физика элементарных частиц на Scientific.ru
- Полная таблица элементарных частиц, подготовленная Particle Data Group. (англ.)
- Физика элементарных частиц — в мире, в ИЯФ, на кафедре ФЭЧ
- Бозон Хиггса: поэзия элементарных частиц