Частицы и античастицы. Классификация элементарных частиц

Элементарные частицы можно подразделить на четыре класса.

1. Фотоны, (кванты электромагнитного поля), частвуют в электромагнитных взаимодействиях, но не обладают сильным и слабым взаимодействиями.

2. Лептоны. К их числу относятся частицы, не обладающие сильным взаимодействием: мюоны , электроны , электронные нейтрино и мюонные нейтрино . Все лептоны имеют спин, равный ½, и, следовательно, являются фермионами. Все лептоны обладают слабым взаимодействием. Те из них, которые имеют электрический заряд (мюоны и электроны), обладают также электромагнитным взаимодействием.

3. Мезоны – сильно взаимодействующие нестабильные частицы, не несущие барионного заряда. К их числу принадлежат пи-мезоны или пионы () и др. Мезоны обладают не только слабым (и,если они заряжены, электромагнитным), но и сильным взаимодействием проявляющимся при взаимодействии их между собой, а также при взаимодействии между мезонами и барионами.

4. Барионы объединяют нуклоны (протон и нейтрон) и нестабильные частицы с массой, большей массы нуклонов – гиперонов. Все барионы обладают сильным взаимодействием, и следовательно активно взаимодействуют с атомными ядрами. Спин всех барионов равен ½, так что все барионы являются фермионами. За исключением протона, все барионы нестабильны. При распаде бариона наряду с другими частицами обязательно образуется барион.

Электрон, протон и нейтрон уже были открыты. Ученые думали, что эти частицы (и еще фотон) – элементарные «частички мироздания». Античастицы: позитрон – положительно заряженный электрон. Исследовали частицы, прилетающие из космоса, оказалось, что они вращаются неправильно в магнитном поле. При столкновении электрона с позитроном происходит процесс аннигиляции и возникают 2 фотона с полной энергией 2mc²

аннигиляция.

Дальнейшие эксперименты показали, что все частицы имеют античастицы. Есть антипротон, антинейтрон. У антинейтрона в отличие от нейтрона оба момента сонаправлены.

Масса одинаковая, заряд одинаковый по величине, но разный по знаку, время жизни одинаковое. Частица и античастица имеют магнитные моменты разных знаков. Если у частицы нет собственного магнитного момента (нейтрино), то частица и античастица имеют разную ориентацию векторов спина и импульса (у нейтрино они антипараллельны, а у антинейтрино параллельны). Если частица при этом не имеет и спина, то незаряженная частица тождественна своей античастице (фотон, нейтральный пион).

Таблица №2

моменты (собств. и магн.)	частица	моменты (собств. и магн.)	античастица	mo	спин	Лептонное число	Мюонное число	Электронное число
	γ
*Лептоны
↑↓	электрон	↑↑	позитрон	mе	±½	+1, -1	0, 0	+1, -1
↑↓	**нейтрино	↑↑		mе	±½	+1, -1	0, 0	+1, -1
	ми-*			мала	±½	+1, -1	+1, -1	0, 0
	ми-**			мала	±½	+1, -1	+1, -1	0, 0
	тау-*			мала	±½	+1, -1
	тау-**			мала	±½	+1, -1

Нейтрино было предсказано на основе бета-распада. Нарушаются законы сохранения импульса и энергии. Все будет нормально, если учитывать образование еще одной частицы (без заряда и малой массы). Эта частица нейтрино. В 30х - 50х годах экспериментально не могли подтвердить существование нейтрино. Свойства нейтрино пока неизвестны. Известно только, что у него нет заряда, магнитного момента и отличается по ориентации спина и импульса. Есть частицы, у которых античастицы тождественны (фотоны и атифотоны). При слиянии частицы и античастицы происходит аннигиляция. Существование антимира не исключено, ведь если есть частицы, то есть и столько же античастиц.

Взаимные превращения элементарных частиц. Не всякий набор элементарных частиц может превратиться в другой заданный набор частиц. Задача физики элементарных частиц – определить какие превращения возможны и почему.