 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
155
когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут. Все
остальные известные частицы нестабильны; время их жизни колеблется от нескольких микросекунд
до 10
-24
с.
Большую роль в физике элементарных частиц играют законы сохранения, устанавливающие
равенство между определенными комбинациями величин, характеризующих начальное и конечное
состояния системы. Арсенал законов сохраняется в квантовой физике больше, чем в классической
физике. Он пополнился законами сохранения различных четностей (пространственной, зарядовой),
зарядов (лептонного, барионного и др.), внутренних симметрии, свойственных тому или иному типу
взаимодействий. При этом оказалось, чем интенсивнее взаимодействие, тем больше ему отвечает
законов сохранения, т.е. тем более оно симметрично. В квантовой физике законы сохранения всегда
являются законами запрета. Но если какой-то процесс разрешен законами сохранения, то он
обязательно происходит реально.
Вершиной развития представлений о законах сохранения в квантовой физике является концепция
спонтанного нарушения симметрии, т.е. существования устойчивых асимметричных решений для
некоторых типов задач. В 60-х гг. экспериментально было подтверждено так называемое нарушение
комбинированной четкости. Иначе говоря, обнаружилось, что в микромире имеются абсолютные
различия между частицами и античастицами, между «правым» и «левым», между прошлым и
будущим (стрела времени, или необратимость микропроцессов, а не только макропроцессов).
Выделение и познание характеристик отдельных субатомных частиц — важный, но только
начальный этап познания их мира. На следующем этапе нужно еще понять, какова роль каждой
отдельной частицы, каковы ее функции в структуре материи.
Физики выяснили, что прежде всего свойства частицы определяются ее способностью (или
неспособностью) участвовать в сильном взаимодействии. Частицы, участвующие в сильном
взаимодействии, образуют особый класс и называются адронами. Частицы, участвующие в слабом
взаимодействии и не участвующие в сильном, называются лептонами. Кроме того, существуют
частицы - переносчики взаимодействий.
Рассмотрим свойства этих основных типов частиц.
10.2.2. Лептоны
Хотя лептоны могут иметь электрический заряд, а могут и не иметь, спин у всех у них равен 1/2.
Среди лептонов наиболее известен электрон. Электрон — это первая из открытых элементарных
частиц. Как и все остальные лептоны, электрон, по-видимому, является элементарным (в собственном
смысле этого слова) объектом, т.е. он не состоит из каких-то других частиц.
Другой хорошо известный лептон —
нейтрино. Нейтрино являются наиболее распространенными
частицами во Вселенной. Вселенную можно представить безбрежным нейтринным морем, в котором
изредка встречаются острова в виде атомов. Но несмотря на такую распространенность нейтрино,
изучать их очень сложно. Как мы уже отмечали, нейтрино почти неуловимы. Не участвуя ни в
сильном, ни в электромагнитном взаимодействиях, они проникают через вещество, как будто его
вообще нет. Нейтрино — это некие «призраки» физического мира.
Достаточно широко распространены в природе мюоны, на долю которых приходится значительная
часть космического излучения. Мюон— одна из первых известных нестабильных субатомных частиц,
Открытая в 1936 г. Во всех отношениях мюон напоминает электрон: имеет тот же заряд и спин,
участвует в тех те взаимодействиях, но имеет большую массу и нестабилен. Примерно за две
миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. В конце 70-х гг. был
обнаружен третий заряженный лептон, получивший название «тау-лептон». Это очень тяжелая
частица. Ее масса около 3500 масс электрона, но во всем остальном он ведет себя подобно мектрону и
мюону.
Значительно расширился список лептонов в 60-х гг. Было установлено, что существует несколько,
типов нейтрино: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Таким образом, общее
число разновидностей нейтрино равно трем, а общее число лептонов — шести. Разумеется, у каждого
лептона есть своя античастица; таким образом, общее число различных лептонов равно двенадцати.
Нейтральные лептоны участвуют только в слабом взаимодействии; заряженные — в слабом и
электромагнитном (см. таблицу на с. 155).