 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
94
глюоны не обнаружены в свободном виде, но проявляются на промежуточных стадиях некоторых
реакций. Теория кварков и глюонов называется квантовой хромодинамикой.
Частица с предполагаемым спином 2 – это гравитон. Его существование предсказано
теоретически. Однако обнаружить его будет чрезвычайно трудно, так как он очень слабо
взаимодействует с веществом.
Наконец, к истинно элементарным частицам относятся частицы Хиггса, или Н-мезоны, и
гравитино. Они не обнаружены на опыте, но их существование предполагается во многих
современных теоретических моделях.
Антивещество
У многих частиц существуют двойники в виде античастиц, с теми же массой, временем жизни,
спином, но отличающиеся знаками всех зарядов: электрического, барионного, лептонного и т. д.
(электрон–позитрон, протон–антипротон и др). Существование античастиц было впервые
предсказано в 1928 г. английским физиком-теоретиком П. Дираком. Из уравнения Дирака для
релятивистского движения электрона следовало второе решение для его двойника – позитрона,
имеющего туже массу, но положительный электрический заряд.
Античастица позитрон была впервые обнаружена в 1932 г. в космических лучах американским
физиком К. Андерсоном (р. 1905), лауреатом Нобелевской премии 1936г.
Характерная особенность поведения частиц и античастиц – их аннигиляция при столкновении,
т. е. переход в другие частицы с сохранением энергии, импульса, электрического заряда и т. п.
Типичный пример – взаимоуничтожение электрона и позитрона с выделением энергии при
рождении двух фотонов. Аннигиляция может происходить не только при электромагнитном
взаимодействии, но и при сильном. Если при низких энергиях аннигиляция происходит с
образованием более легких частиц, то при высоких могут рождаться и более тяжелые, чем
исходные, если полная энергия сталкивающихся частиц превышает порог рождения новых,
равный сумме их энергии покоя.
В сильных и электромагнитных взаимодействиях имеется полная симметрия между частицами
и античастицами – все процессы, протекающие с первыми, возможны и аналогичны для вторых.
Подобно протонам и нейтронам их античастицы могут образовывать антиядра. В принципе можно
представить себе и антиатомы, и даже большие скопления антивещества.
Классификация условно элементарных частиц
В зависимости от времени жизни частицы делятся на стабильные (электрон, протон, фотон и
нейтрино), квазистабильные (распадающиеся при электромагнитном и слабом взаимодействиях,
время их жизни больше
10
-20
с и резонансы (частицы, распадающиеся за счет сильного
взаимодействия, характерное время жизни 10
-22
- 10
-24
с).
В соответствии с четырьмя видами фундаментальных взаимодействий различают
соответственно четыре вида элементарных частиц: адроны, участвующие во всех
взаимодействиях; лептоны, не участвующие только в сильном взаимодействии (а нейтрино и в
электромагнитном); фотон
– носитель только в электромагнитного взаимодействия, и
гипотетический гравитон – переносчик гравитационного взаимодействия.
Адроны
– общее название для частиц, наиболее активно участвующих в сильных
взаимодействиях. Название происходит от греческого слова «сильный, крупный». Все адроны
делятся на две большие группы – барионы и мезоны.
Барионы
– это адроны с полуцелым спином. Самые известные из них – протон и нейтрон.
Одним из свойств барионов, отличающим их от других частиц, можно считать наличие у них
сохраняющегося барионного заряда.
Мезоны
– адроны с целым спином. Их барионный заряд равен нулю. Большинство из них
крайне нестабильны и распадаются за время порядка 10
-23
. Столь короткоживущие частицы не
могут оставить следов в детекторах. Обычно их рождение обнаруживают по косвенным
признакам. Например, изучают реакцию аннигиляции электронов и позитронов с последующим
рождением адронов. Изменяя энергию столкновения, обнаруживают, что при каком-то ее
значении выход адронов резко увеличился. Данный факт можно объяснить тем, что в
промежуточном состоянии родилась частица. Потом она мгновенно распадается на другие