Классификация элементарных частиц

Классификацию элементарных частиц предложили в связи с тем, что элементарные частицы обладают огромным количеством характеристик.

Основные характеристики элементарных частиц таковы: 1) масса m; 2) спин S; 3) электрический заряд Q; 4) барионный заряд В; 5) лептонныйзаряд L; 6) второй лептонный заряд L'; 7) странность S; 8) четность Р; 9) изотопический спин Т; 10) период полураспада τ. Для полноты отметим, что у элементарных частиц существует и ряд других характеристик, таких, как: 11) P - четность; 12) СР - четность; 13) зарядовая четность; 14) магнитный момент; 15) среднеквадратичный радиус распределения электрического заряда и т. д.

Периоды полураспадов τ элементарных частиц варьируются в довольно широких пределах. Все строго сохраняющиеся заряды Q, B, L являются цело­численными и аддитивными. Странность S, четность Р и изотопический спин Т похожа на заряды, но в от­личие от них сохраняется не во всех взаимодействиях. По времени жизни все частицы делятся на 2 класса: частицы и резонансы или на стабильные (т. е. имеющими бесконечное время жизни) и нестабильные. По статистике все частицы делятся также на 2 класса: на бозоны и фермионы. Основное деление на классы связано с участием во взаимодействиях. Пожалуй, самыми главными характеристиками частиц являются лептонный и барионный заряды, а также участие в различных фундаментальных взаимодействиях. Напротив, электрический за­ряд в классификации элементарных частиц играет второстепенную роль.

Элементарные частицы можно разделить на следующие классы:

1. Фотон (γ - квант) - не подвержен сильным взаимодействиям. У фотона равны нулю все заряды, а также масса. Фотон имеет целый спин, рав­ный единице, т. е. является бозоном.

2. Лептоны - участвуют в слабых взаимодействиях, не подвержены сильным взаимодействиям. Лептоны — относительно легкие частицы, имеющие ненулевой лептонный заряд (L или L ') и нулевой барионный заряд. Все лептоны име­ют полуцелый спин, т. е. являются фермионами.

3. Адроны - участвуют в сильных взаимодействиях. Сюда входят мезоны и барионы.

Мезоны - частицы с нулевыми лептонным и барионным зарядами, участ­вующие в сильных взаимодействиях. Раньше объединяющим признаком мезонов являлось также то, что их массы имели значе­ния, промежуточные между массами электрона и нуклона. Сейчас уже известно несколько мезонных резонансов, массы которых превосходят нуклонную. Все мезоны имеют целый спин, т. е. являются бозонами. Барионы - частицы с ненулевым барионным и нулевым лептонным зарядами. Самыми легкими барионами являются протон и нейтрон, так что барионы — частицы тяжелые. Все барионы имеют полуцелый спин, т. е. являются фермионами. Все адроны по отношению к странности делятся на странные и нестранные. Частицы с ненулевой странностью называются странными, а частицы с нулевой странностью — нестранными или «обычными».

В последнее время было предпринято несколько попыток классифицировать адроны на основе унитарной симметрии. Гипотеза опирается на существующие в природе определенные унитарные мультиплеты с одинаковыми происхождениями. Согласно, унитарной симметрии – мезоны, но с разными зарядами - т.е. π - мезон является триплетом. Очень сильное взаимодействие не зависит от странности и заряда частицы и поэтому формирует вынужденные унитарные мультиплеты. Умеренное сильное взаимодействие снимает вырождение по странности.

Схема Саката: рассматривает сильно взаимодействующие частицы, состоящие из протона, нейтрона и λ - гиперона и их античастиц. По этой схеме классифицируются имезоны и мезонные резонансы, но эта схема не применима для барионов и барионных резонансов.

SU(3) симметрия основана на теории групп, она повторяет результат схемы Саката и позволяет классифицировать барионы и барионные резонансы. Эта схема предсказала существование гиперона, который был открыт позже

Модель кварка - это минимальный вариант SU(3) симметрии.

В основе классификации адрона лежат 3 кварка, т.е. частица состоит из кварков с дробным электрическим зарядом. Одна из частиц имеет странность S= −1. При этом любой адрон можно построить из трех кварков и трех антикваров.

В основе SU(6) симметрии лежит предположение об отсутствии в мире элементарных частиц спин – орбитальных взаимодействий. В этом случае кварк, должен характеризоваться не тремя, а шестью степенями свободы. Эта симметрия позволяет получить дополнительные результаты по сравнению с SU(3) симметрией и предсказать связь между магнитными моментами нуклонов.