Элементарные частицы

Элементами структуры микромира выступают микрочасти­цы. На данный момент известно более 350 элементарных час­тиц, различающихся массой, зарядом, спином, временем жизни и еще рядом физических характеристик. Масса элементарной частицы — это масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона. Частицы с нулевой массой покоя движутся со скоростью света (фотон). По массе элементарные частицы делятся на тяжелые (барионы), промежуточные (мезоны) и легкие (лептоны). Заряд элементарной частицы всегда кратен заряду электро­на (—1), который рассматривается в качестве единицы. Суще­ствуют, однако, элементарные частицы, которые не имеют заря­да, например, фотон. Спин элементарной частицы — это собственный момент импульса частицы. В зависимости от спина, частицы делятся на две группы: с целым спином (О, 1, 2)— бозоны, с полуцелым спином (1/2 и др.) — фермионы. Время жизни элементарной частицы определяет ее стабиль­ность или нестабильность. По времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. Большинство элементарных частиц нестабильно. Нестабильные частицы жи­вут несколько микросекунд, стабильные не распадаются дли­тельное время. Нестабильные частицы распадаются в результате сильного и слабого взаимодействия. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, нейтрон, протон и электрон. При этом нейтрон стабилен только в ядре, в свободном состоянии он также распадается. Квазистабильные час­тицы распадаются в результате электромагнитного и слабого взаимодействия, иначе их называют резонансными. Время жизни резонансов — порядка 10—22 с. Все многообразие элементарных частиц можно разделить на три группы: частицы, участвующие в сильном взаимодей­ствии — адроны, частицы, не участвующие в сильном взаимо­действии — пептоны, и частицы — переносчики взаимодей­ствий. К адронам относятся нейтроны, протоны, барионы, мезоны. Адроны участвуют в электромагнитном, сильном и слабом взаи­модействии. К пептонам относятся электроны, нейтрино, мюоны, тау-лептоны, а также электронные нейтрино, моюнные нейтрино, тау-нейтрино. Заряженные лептоны участвуют в электромаг­нитном и слабом взаимодействии, нейтральные — только в сла­бом. Частицы — переносчики взаимодействий непосредственно обеспечивают взаимодействия. К ним относятся фотоны — пере­носчики электромагнитного взаимодействия, глюоны — перенос­чики сильного взаимодействия, бозоны — переносчики слабого взаимодействия. Высказывается предположение о существовании гравитонов — частиц, обеспечивающих гравитационное взаимо­действие.

Теория кварков. Планковская длина. Суперструны

Кварки — это гипотетические материальные объекты, их экспериментальное наблюдение пока невозможно, однако теоре­тические положения кварковой гипотезы оказались плодотворны­ми, а теория в целом эвристичной. Квар­ки представляют собой истинно элементарные частицы и поэто­му бесструктурны. Главная особенность кварков — дробный заряд. Кварки различаются спином, ароматом и цветом. Аромат кварка-это его особая физичес­кая характеристика. Для того чтобы учесть все известные адро­ны, необходимо было предположить существование шести ви­дов кварков, различающихся ароматом: u (up — верхний), d (down — нижний), s (strange — странный), c (charm — очарова­ние), b (beauty — прелесть) и t(top — верхний). Существует ус­тойчивое мнение, что кварков не должно быть больше. Считается, что каждый кварк имеет один из трех возмож­ных цветов, которые выбраны произвольно: красный, зеленый, синий. Цвет кварка, как и аромат, — условное название для определенной физической характеристики. Каждому кварку соответствует антикварк с противополож­ным цветом (антикрасный, антизеленый и антисиний). Кварки соединяются тройками, образуя барионы (нейтрон, протон), или парами, образуя мезоны. Антикварки, соединясь тройками, со­ответственно, образуют антибарионы. Мезон состоит из кварка и антикварка. Суммарный цвет объединившихся кварков или ан­тикварков, независимо от того, объединены три кварка (барионы), три антикварка (антибарионы) или кварк и антикварк (ме­зоны), должен быть белым или бесцветным. Белый цвет дает сумма красного, зеленого, синего или красного — антикрасного, синего — антисинего и т.п. Кварки объединяются между собой благодаря сильному взаи­модействию. Переносчиками сильного взаимодействия выступа­ют глюоны, которые как бы «склеивают» кварки между собой. Глюоны также имеют цвета, но в отличие от кварков их цвета смешанные, например красный — антисиний и т.п., т.е. глюон состоит из цвета и антицвета. Испускание или поглощение глюона меняет цвет кварка, но сохраняет аромат. Известно восемь типов глюонов.