Элементарные частицы. Понятие о кварках

Элементарные частицы – мельчайшие известные частицы материи. Характерная особенность элементарных частиц – способность к взаимным превращениям, что не позволяет рассматривать их как простейшие. К настоящему времени обнаружено несколько сотен элементарных частиц, включающих и античастицы. Из них стабильны фотон, электронное, мюонное и таонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от 10³ с для свободного нейтрона до 10^-22 – 10^-14 с для резонансов. Некоторые элементарные частицы обладают необычными св-вами. Например, долгое время считалось, что своеобразная частица нейтрино не имеет массы. Эта частица была открыта теоретически.

Фотон – квант электромагнитного излучения, нейтральная частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами.

Нейтрино - стабильная незаряженная частица со спином ½ и, возможно, нулевой массой; относится к лептонам; участвует только в слабом и грав. взаимодействиях; Электронное – всегда выступает в паре с электроном или позитроном; Электрон – стабильная отрицательно заряженная частица со спином ½ и массой около 9*10^{-28 г; относится к лептонам и участвует в эл.-магн., слабом и гравит. взаимодействиях.}

Протон - стабильная частица со спином ½ и массой около 10^{-24 г; относится к барионам.}

Кварки – фундаментальные частицы, из которых состоят все адроны. Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Эта особенность необычна и удивительна, т.к. до сих пор никто не обнаружил частиц с такими зарядами. В свободном состоянии кварки не наблюдались. Однако кварковая модель оказалась весьма плодотворной – она позволила определить квантовые числа многих элементарных частиц. Кварки обладают спином ½, барионным зарядом 1/3, электрическими зарядами –2/3 и +1/3 заряда протона. Кварки имеют две внутренние степени свободы - «аромат» и «цвет» (степень свободы - независимое возможное изменение состояния физической системы, обусловленное вариациями ее параметров). Каждый кварк может находиться в одном из трех цветовых состояний, которые условно называют красным, синим и желтым. В наблюдаемых адронах кварки скомбинированы таким образом, что возникающие состояния не несут цвета - являются «бесцветными». Ароматов известно пять и предполагается наличие шестого. Свойства кварков разных ароматов различны. Обычное вещество состоит из легких u- и d- кварков, входящих в состав нуклонов ядер. У кварка дробный электрический заряд, кратный или равный одной трети заряда электрона.   Специфическая характеристика элементарных частиц – четность – квантовое число, определяющее симметрию волновой функции относительно зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая функция частицы не меняет знака, то ее четность положительна, если меняет знак – отрицательна. Эта квантово-механическая характеристика подчиняется закону сохранения четности: при всех превращениях системы частиц четность состояния не изменяется. Сохранение четности связано со свойством зеркальной симметрии пространства и указывает на инвариантность законов природы при замене правого левым и наоборот.

53. Частицы и античастицы.

Элементарные частицы – мельчайшие известные частицы материи. Характерная особенность элементарных частиц – способность к взаимным превращениям, что не позволяет рассматривать их как простейшие. К настоящему времени обнаружено несколько сотен элементарных частиц, включающих и античастицы. Из них стабильны фотон, электронное, мюонное и таонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от 10³ с для свободного нейтрона до 10^-22 – 10^-14 с для резонансов. Некоторые элементарные частицы обладают необычными св-вами. Например, долгое время считалось, что своеобразная частица нейтрино не имеет массы. Эта частица была открыта теоретически.

Не менее интересны античастицы, которые имеют ту же массу, спин, время жизни и некоторые другие характеристики, что и их частицы-двойники, но отличаются от них знаками электрического заряда, магнитного момента, барионного заряда… Гипотезу об античастицах предложил в 1928 г. Дирак: в результате решения релятивистского волнового уравнения он предсказал существование античастицы электрона - позитрона, обнаруженного спустя четыре года Андерсоном в составе космических лучей. Электрон и позитрон – не единственная пара частица-античастица. Все элементарные частицы, кроме нейтральных, имеют свои античастицы. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, при которой образуются другие элементарные частицы или фотоны.  

Специфическая характеристика элементарных частиц – четность – квантовое число, определяющее симметрию волновой функции относительно зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая функция частицы не меняет знака, то ее четность положительна, если меняет знак – отрицательна. Эта квантово-механическая характеристика подчиняется закону сохранения четности: при всех превращениях системы частиц четность состояния не изменяется. Сохранение четности связано со свойством зеркальной симметрии пространства и указывает на инвариантность законов природы при замене правого левым и наоборот.