Физика элементарных частиц материи

По величине спина все элементарные частицы делятся на два класса: 1. бозоны – частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны). 2. фермионы – частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино); Спин это характеристика, отражающая внутреннее состояние элементарной частицы. 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: мезоны – адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами; барионы – адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, – протон и нейтрон. 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 Z⁰, 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, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально. 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 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 не обнаруженный на данный момент 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

Также существуют 12 фермионных античастиц, соответствующих вышеуказанным двенадцати частицам. 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. Строение и поведение элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.

Фермионные античастицы