Список частиц

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Это список частиц в физике элементарных частиц, включающий не только открытые, но и гипотетические элементарные частицы, а также составные частицы, состоящие из элементарных частиц.

См. также «Хронология открытий элементарных частиц» — хронологический список субатомных частиц по дате открытия.
Открыта новая частица: Первое детектирование позитрона произошло в 1932 г. в камере Вильсона, созданной Карлом Д. Андерсоном. Виден след позитрона, проходящий сверху вниз и изгибающийся вправо.

Элементарные частицы[править]

Элементарная частица — это частица без внутренней структуры, то есть не содержащая других частиц.[1] Элементарные частицы — фундаментальные объекты квантовой теории поля. Элементарные частицы могут быть классифицированы по спину: фермионы имеют полуцелый спин, а бозоны — целый спин.

Стандартная модель[править]

Стандартная модель физики элементарных частиц — теория, описывающая свойства и взаимодействия элементарных частиц. Все частицы, предсказываемые Стандартной моделью, за исключением бозона Хиггса, были экспериментально обнаружены.

Фермионы (полуцелый спин)[править]

Фермионы имеют полуцелый спин; для всех известных элементарных фермионов он равен ½. Каждый фермион имеет свою собственную античастицу. Фермионы являются базовыми кирпичиками всей материи. Они классифицируются по своему участию в сильном взаимодействии. Согласно Стандартной модели, существует 12 ароматов элементарных фермионов: шесть кварков и шесть лептонов.

Поколение
Название/Аромат кварка/антикварка Символ кварка/ антикварка Электри- ческий заряд (e) Масса (МэВ) Название/Аромат кварка/антикварка Символ кварка/ антикварка Электри- ческий заряд (e) Масса (МэВ)
1 u-кварк (Up-кварк) / анти u-кварк \(u / \, \overline{u}\) +2/3 от 1,5 до 3 d-кварк (Down-кварк) / анти d-кварк \(d / \, \overline{d}\) −1/3 от 3 до 7
2 c-кварк (Charm-кварк) / анти c-кварк \(c / \, \overline{c}\) +2/3 1250 ± 90 s-кварк (Strange-кварк) / анти s-кварк \(s / \, \overline{s}\) −1/3 95 ± 25
3 t-кварк (Top-кварк) / анти t-кварк \(t / \, \overline{t}\) +2/3 174 200 ± 3300[2] b-кварк (Bottom-кварк) / анти b-кварк \(b / \, \overline{b}\) −1/3 4200 ± 70
  • Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы — антилептоны (античастица электрона называется позитрон по историческим причинам). Лептоны также существуют шести ароматов:
Поколение Заряженный лептон / античастица Нейтрино / антинейтрино
Название Символ Электрический заряд (e) Масса (МэВ) Название Символ Электрический заряд (e) Масса (МэВ)
1 Электрон / Позитрон \(e^- \, / \, e^+\) −1 / +1 0,511 Электронное нейтрино / Электронное антинейтрино \(\nu_e \, / \, \overline{\nu}_e\) 0 < 0,0000022 [3]
2 Мюон \(\mu^- \, / \, \mu^+ \) −1 / +1 105,66 Мюонное нейтрино / Мюонное антинейтрино \(\nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu\) 0 < 0,17 [3]
3 Тау-лептон \(\tau^- \, / \, \tau^+\) −1 / +1 1776,99 Тау нейтрино / Тау антинейтрино \(\nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau\) 0 < 15,5 [3]

Массы нейтрино не равны нулю (это подтверждается существованием нейтринных осцилляций), но настолько малы, что не были измерены напрямую на 2007 г.

Бозоны (целый спин)[править]

Бозоны имеют целочисленные спины. Фундаментальные силы природы переносятся калибровочными бозонами, а масса, согласно теории, создаётся хиггсовскими бозонами. По Стандартной модели, элементарными бозонами являются следующие частицы:

Название Заряд (e) Спин Масса (ГэВ) Переносимое взаимодействие
Фотон 0 1 0 Электромагнитное взаимодействие
W± ±1 1 80,4 Слабое взаимодействие
Z0 0 1 91,2 Слабое взаимодействие
Глюон 0 1 0 Сильное взаимодействие
Бозон Хиггса 0 0 >112 См. ниже

Бозон Хиггса (спин — 0) предсказывается теорией электрослабого взаимодействия и является единственной частицей Стандартной модели, не обнаруженной до сих пор. В механизме Хиггса Стандартной модели массивный хиггсовский бозон создаётся из-за спонтанного нарушения симметрии поля Хиггса. Присущие элементарным частицам массы (в частности, большие массы W±- и Z0-бозонов) могут быть объяснены их взаимодействиями с этим полем. Многие физики ожидают открытия бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере (LHC) — ускорителе элементарных частиц, который сейчас строится в ЦЕРНе.

Гипотетические частицы[править]

Суперсимметричные теории, расширяющие Стандартную модель, предсказывают существование новых частиц (суперсимметричных партнёров частиц Стандартной модели), но ни одна из них не была экспериментально подтверждена на 2007 г.

Другие теории предсказывают существование дополнительных бозонов.

Магнитный монополь — общее название для частиц с ненулевым магнитным зарядом. Они предсказываются некоторыми теориями Великого объединения.

Преон был предложен как подструктура для кварков и лептонов, но современные эксперименты на коллайдерах не подтверждают его существование. Другой объект, партон, в Стандартной модели расматривается как составляющая адронов в виде кварков и глюонов. В теории бесконечной вложенности материи под партонами и преонами понимают самостоятельные объекты, имеющие массы меньше, чем нуклоны, и не входящие в состав последних. В соответствии с подобием уровней материи, партоны и преоны располагаются на более низких уровнях материи по сравнению с уровнем нуклонов. В теории бесконечной вложенности материи нюон рассматривается как частица, имеющая свойства мюона, но отличающаяся от него своим происхождением. С точки зрения подобия уровней материи и SPФ-симметрии, аналогом нюона на уровне звёзд является белый карлик.

Составные частицы[править]

Файл:525px-Quark structure proton.svg.png
Кварковая структура протона: 2 u-кварка и 1 d-кварк.

Адроны[править]

Адроны определяются как сильно взаимодействующие составные частицы. Адроны являются либо:

Кварковые модели, впервые предложенные в 1964 г. независимо Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом (который назвал кварки «тузами»), описывают известные адроны как составленные из свободных (валентных) кварков и/или антикварков, крепко связанных сильным взаимодействием, которое переносится глюонами. В каждом адроне также содержится «море» виртуальных кварк-антикварковых пар.

Барионы[править]

Файл:733px-Decupleto barionico.png
Комбинация трёх u, d или s-кварков с общим спином 3/2 формирует так называемый барионный декуплет.
См. более подробный список барионов.

Обычные барионы (фермионы) содержат каждый три валентных кварка или три валентных антикварка.

  • Нуклоны — фермионные составляющие обычного атомного ядра:
  • Гипероны, такие, как Λ-, Σ-, Ξ- и Ω-частицы, содержат один или больше s-кварков, быстро распадаются и тяжелее нуклонов. Хотя обычно в атомном ядре гиперонов нет (в нём содержится лишь примесь виртуальных гиперонов), существуют связанные системы одного или более гиперонов с нуклонами, называемые гиперядрами.
  • Также были обнаружены очарованные и прелестные барионы.

Недавно были найдены признаки существования экзотических барионов, содержащих пять валентных кварков; однако, были сообщения и об отрицательных результатах. Вопрос их существования остаётся открытым.

  • Пентакварки состоят из пяти валентных кварков (точнее, четырёх кварков и одного антикварка).

Мезоны[править]

Файл:800px-Noneto mesonico de spin 0.png
Мезоны с нулевым спином формируют нонет
См. более подробный список мезонов.

Обычные мезоны содержат валентный кварк и валентный антикварк. В их число входят пион, каон, J/ψ-мезон и многие другие типы мезонов. В моделях ядерных сил взаимодействие между нуклонами переносится мезонами.

Могут существовать также экзотические мезоны (их существование всё ещё под вопросом):

  • Тетракварки состоят из двух валентных кварков и двух валентных антикварков.
  • Глюболы — связанные состояния глюонов без валентных кварков.
  • Гибриды состоят из одной или более кварк-антикварковых пар и одного или более реальных глюонов.

Атомные ядра[править]

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, связанных сильным взаимодействием. Каждый тип ядра содержит строго определённое число протонов и строго определённое число нейтронов и называется нуклидом или изотопом. В настоящее время известно более 3000 нуклидов, из которых в природе встречается лишь около 300 (см. таблицу нуклидов). Ядерные реакции и радиоактивный распад могут превращать один нуклид в другой.

Некоторые ядра имеют собственные названия. Кроме протона (см. выше), собственными названиями обладают:

Атомы[править]

Атомы — самые маленькие частицы, на которые материя может быть разделена с помощью химических реакций. Атом состоит из маленького тяжёлого положительно заряженного ядра, окружённого относительно большим лёгким облаком электронов. Каждый тип атома соответствует определённому химическому элементу, 111 из которых имеют официальное название (см. Периодическую систему элементов).

Существуют также короткоживущие экзотические атомы, в которых роль ядра (положительно заряженной частицы) выполняет позитрон (позитроний) или положительный мюон (мюоний). Имеются также атомы с отрицательным мюоном вместо одного из электронов (мюонный атом). Химические свойства атома определяются количеством электронов в нём, которое, в свою очередь, зависит от заряда его ядра. Все нейтральные атомы с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым количеством протонов в ядре) химически идентичны и представляют один и тот же химический элемент, хотя их масса может отличаться из-за различного количества нейтронов в ядре (такие атомы с различным числом нейтронов в ядре представляют различные изотопы одного элемента). В нейтральных атомах число электронов равно числу протонов в ядре. Атомы, лишённые одного или нескольких электронов (ионизованные), называются положительными ионами (катионами); атомы с лишними электронами называются отрицательными ионами (анионами).

Молекулы[править]

Молекулы — самые маленькие частицы вещества, ещё сохраняющие его химические свойства. Каждый тип молекулы соответствует химическому соединению (см. список химических соединений). Молекулы состоят из одного или более атомов. Они могут быть как нейтральными, так и заряженными (молекулярные ионы).

Квазичастицы[править]

Многие уравнения поля в физике конденсированных сред математически похожи на уравнения физики высоких энергий. В результате множество достижений физики элементарных частиц применимо также для физики конденсированных сред; в частности, существует набор полевых возбуждений, называемых квазичастицами, которые могут быть созданы и исследованы. В их число входят:

Другие существующие и гипотетические частицы[править]

Классификация по скорости[править]

  • Тардионы, или брадионы движутся медленнее света и имеют ненулевую массу покоя. К ним относятся все известные частицы, кроме безмассовых.
  • Люксоны движутся со скоростью света и не имеют массы покоя. К ним относятся фотон и глюон (а также пока неоткрытый гравитон).
  • Тахионы — гипотетические частицы, движущиеся быстрее света и имеющие мнимую массу.

Примечания[править]

  1. Определение элементарной частицы как частицы, не имеющей внутренней структуры, принято в английском и некоторых других разделах Википедии. Данный список придерживается этой терминологии. В других статьях русской Википедии такие частицы называются фундаментальными, а термин «элементарная частица» используется для неделимых частиц, к которым помимо фундаментальных частиц относятся и адроны (которые в результате конфайнмента нельзя разделить на отдельные кварки).
  2. "Масса Top кварка: теперь неопределённость на 1,2%". 2006-08-03. Retrieved 2006-10-15. 
  3. а б в "Лабораторные измерения и ограничения на свойства нейтрино". Retrieved 2007-05-24. 

См. также[править]

Ссылки[править]

  • S. Eidelman et al. (2004). ""Review of Particle Physics"". Physics Letters B 592: 1. (На сайте Particle Data Group находится регуляно обновляемая электронная версия этого обзора свойств частиц.)
  • Joseph F. Alward, Elementary Particles, Department of Physics, University of the Pacific
  • Elementary particles, The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.