2015-05-18
538
Для описания свойств элементарных частиц вводят ряд физических величин, значения которых определяют характеристики данной частицы. Наиболее общие характеристики частиц следующие: масса, спин 
, электрический заряд Q, магнитный момент 
, время жизни t. Другие характеристики элементарных частиц будут рассмотрены в последующих подразделах.
Масса определяет запас энергии в частице. В физике элементарных частиц масса частиц (согласно соотношению Эйнштейна W=mc2) обычно выражается в энергетических единицах МэВ или ГэВ. Масса покоя известных элементарных частиц колеблется в широких пределах: от нуля (фотон) до 100 mp где mp = 938.3 МэВ – масса протона.
Спин – собственный момент импульса элементарной частицы, имеющий квантовую природу и не связанный с вращением частицы как целого. Спин измеряется в единицах 
, т.е. 
, где s – спиновое квантовое число. У мезонов s=0, у лептонов и барионов спин полуцелый. Таким образом, мезоны относятся к бозонам и подчиняются статистике Бозе – Эйнштейна, а лептоны и барионы являются фермионами и, следовательно, подчиняются статистике Ферми–Дирака.
Проекция спина на любое фиксированное направление z может принимать значения –s, -s+1,…, +s. Таким образом, частица со спином s может находиться в 2 s+1 спиновых состояниях (например, при s=1/2 – в двух состояниях). Модуль вектора , согласно квантовой механике равен 
.
Электрический заряд Q – внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая её способность к электромагнитному взаимодействию. Поскольку электрические заряды могут быть как положительными, так и отрицательными, то электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами может иметь характер как притяжения, так и отталкивания.
Электрический заряд всех частиц, существующих в свободном состоянии, принимает целочисленные значения Q=ne, где 
; e=1.6×10-19 Кл – элементарный заряд.
Магнитный момент отдельных элементарных частиц с ненулевой массой покоя характеризует их взаимодействие с внешним магнитным полем.
Магнитный момент частицы и её спин связаны соотношением
где g – гиромагнитное соотношение (см.§ 19.2). Частицы с нулевым спином не имеют магнитного момента. Наличие электрического заряда у частицы не является необходимым условием существования у неё магнитного момента – некоторые электрически нейтральные частицы (например, нейтрон n) имеют отличные от нуля магнитные моменты, что можно объяснить неравномерным распределением заряда внутри таких частиц.
Магнитный момент считается положительным если g>0, т.е. в этом случае 
, в противном случае (g<0) магнитный момент является отрицательным и 
.
Магнитный момент элементарных частиц обычно выражают в единицах соответствующих магнетонов 
, где m – масса частицы. Для электрона (m=me) величина 
называется магнетоном Бора 
, а для протона (m=mp) значение 
представляет собой ядерный магнетон 
.
Время жизни t элементарных частиц – мера их стабильности. Величина t известных элементарных частиц колеблется от ~ 10-24 с до бесконечности. В зависимости от времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. Стабильными 
являются электрон, протон, фотон и нейтрино. К квазистабильным относятся частицы, рождающихся за счёт электромагнитного и слабого взаимодействий; их время жизни 
с. Примером квазистабильной частицы является нейтрон, у которого время жизни t=896 с (см. таблицу 37.1). Нестабильные частицы рождаются под действием сильного взаимодействия. К ним относятся резонансы с характерным временем жизни 10-24 – 10-23 с.
Другие характеристики элементарных частиц специфичны, т.е. присущи отдельным видам частиц, выделенным внутри адронов, и будут рассмотрены в последующих подразделах.
