2015-02-04
874
Все известные фундаментальные фермионы (s= 1/2) перечислены в таблице 1. Из их свойств в этой же таблице указан лишь электрический заряд. Эти 12 фермионов делятся на три «поколения», в каждом из которых имеется по два лептона и два кварка. В теории частиц существует устоявшаяся терминология, которая несколько необычна, но к этому следует привыкнуть. При этом, все эти понятия, конечно же, не имеют никакого отношения к обыденному смыслу тех слов, которыми они обозначаются.
Лептоны, такие как электрон и электронное нейтрино, известны уже давно. Кварки также давно изучаются экспериментально и сомнения в их реальности – последствие их теоретической родословной и связаны с невозможностью их наблюдения в свободном состоянии (конфайнмент(в переводе с английского – пленение)).
Нужно подчеркнуть, что кварки абсолютно реальны, они четко наблюдаются внутри адронов в многочисленных экспериментах при высоких энергиях. У каждого заряженного фермиона есть своя античастица с другим знаком электрического заряда. Есть ли античастицы у нейтрино, сейчас неизвестно, возможно, что они являются так называемыми истинно нейтральными частицами.
|
|
|
Таблица. 1 Фундаментальные фермионы
| Поколения | 2 | Q | ||
| Кварки («верхние» и «нижние») | u d | с s | t b | +2/3 -1/3 |
| Лептоны (нейтрино и заряженные) | ve е | vμ μ | vτ τ | -1 |
Все остальные субъядерные частицы являются составными и строятся из кварков.
Заметим только, что из троек кварков строятся барионы, т. е. фермионы типа протона, нейтрона и разнообразных гиперонов, тогда как из пар кварк-антикварк строятся мезоны, т. е. бозоны типа π-мезонов, К-мезонов и т. п.
Барионы и мезоны объединяются в класс частиц, именуемых адронами, - эти частицы участвуют во всех типах взаимодействий, известных в природе: сильном, электромагнитном и слабом. Лептоны участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Аналогичные частицы из разных поколений отличаются только по массе, все остальные квантовые числа у них просто совпадают. Например, мюон μво всех отношениях аналогичен электрону, но примерно в 200 раз тяжелее, природа этой разницы не известна. В таблице 2 приведены экспериментальные значения масс всех фундаментальных фермионов (в энергетических единицах), а также времена жизни (или соответствующие ширины резонансов) в случае нестабильных частиц. Там же указан год открытия соответствующей частицы. Год открытия, конечно, определен иногда достаточно условно. В некоторых случаях указан год теоретического предсказания.
Значения масс кварков (так же, как и их времена жизни) не следует понимать слишком буквально, поскольку кварки не наблюдаются в свободном виде. Эти значения характеризуют кварки, находящиеся глубоко внутри адронов.
|
|
|
Таблица 2. Массы и времена жизни фундаментальных фермионов
| νe<10 eV(1956) | νμ<170 KeV (1962) | vτ < 24 MeV (1975) |
| e = 0.5 MeV(1897) | μ=105.7 MeV, 2 10-6s (1937) | т = 1777 MeV, 3 10-13s (1975) |
| u = 5 MeV(1964) | с = 1300 MeV, 10-12 s (1974) | t = 176 GeV, Г = 2 GeV (1994) |
| d= 10MeV(1964) | s= 150 MeV (1964) | b=4.3GeV, 10-12s(1977) |
Следует отметить, что для построения всего окружающего нас мира, состоящего реально из атомов, т.е. ядер и электронов, а соответственно, из таких стабильных (или относительно стабильных) частиц, как электрон, протон, нейтрон и нейтрино, достаточно частиц только из первого поколения! Необходимость в еще двух поколениях пока не ясна.
