Список частинок

стаття-список у проекті Вікімедіа

Список частинок у фізиці елементарних частинок, а також частинок, які складаються з елементарних.

Елементарні частинкиРедагувати

Елементарна частинка — це частинка без внутрішньої структури, тобто не містить інших частинок у своєму складі. Елементарні частинки — фундаментальні об’єкти квантової теорії поля. Їх можна класифікувати за спіном: ферміони мають напівцілий спін, а бозони – цілий.

Стандартна модельРедагувати

Стандартна модель фізики елементарних частинок — теорія, що описує властивості елементарних частинок та їх взаємодію. Всі частинки, передбачені Стандартною моделлю, за винятком гіпотетичних частинок, були виявлені експериментально (прямо чи опосередковано, як, наприклад, кварки).

Ферміони (напівцілий спін)Редагувати

Ферміони мають напівцілий спін; для всіх відомих елементарних ферміонів він дорівнює ½. Кожен ферміон має власну античастинку. Ферміони є базовими цеглинками всієї матерії. Вони класифікуються за типом взаємодій, у яких можуть брати участь.

Згідно зі Стандартною моделлю існує 12 ароматів елементарних ферміонів: 6 кварків та 6 лептонів, та 12 їх античастинок.

Покоління
Назва(Аромат)
кварка/антикварка
Символ
кварка/антикварка
Електричний заряд (e) Маса (МеВ) Назва(Аромат)
кварка/антикварка
Символ
кварка/антикварка
Електричний заряд (e) Маса (МеВ)
1 u-кварк (Up-кварк) / анти u-кварк   +2/3 від 1,5 до 3 d-кварк (Down-кварк) / анти d-кварк   −1/3 від 3 до 7
2 c-кварк (Charm-кварк) / анти c-кварк   +2/3 1250 ± 90 s-кварк (Strange-кварк) / анти s-кварк   −1/3 95 ± 25
3 t-кварк (Top-кварк) / анти t-кварк   +2/3 174 200 ± 3300[1] b-кварк (Bottom-кварк) / анти b-кварк   −1/3 4200 ± 70
  • Лептони не беруть участь у сильній взаємодії. Їх античастинки — антилептони (античастинка електрона називається позитроном з історичних причин). Існує 6 ароматів лептонів:
Покоління Заряджений лептон / античастинка Нейтрино / антинейтрино
Назва Символ Електричний заряд (e) Маса (МеВ) Назва Символ Електричний заряд (e) Маса (МеВ)
1 Електрон / Позитрон   −1 / +1 0,511 Електронне нейтрино / Електронне антинейтрино   0 < 0,0000022 [2]
2 Мюон   −1 / +1 105,66 Мюонне нейтрино / Мюонне антинейтрино   0 < 0,17 [2]
3 Тау-лептон   −1 / +1 1776,99 Тау нейтрино / Тау антинейтрино   0 < 15,5 [2]

Маси нейтрино не дорівнюють нулю (це підтверджується існуванням нейтринних осциляцій), але дуже малі, тому досі не вдалося виміряти їх, а лише поставити верхні обмеження.

Бозони (цілий спін)Редагувати

Бозони мають цілі значення спіну. Фундаментальні сили природи переносяться калібрувальними бозонами, а маса фундаментальних частинок, згідно з теорією, породжується хіггсівськими бозонами. За Стандартною моделлю, елементарними бозонами є такі частинки:

Назва Заряд (e) Спін МасаеВ) Взаємодія, яку переносить
Фотон 0 1 0 Електромагнітна взаємодія
W± ±1 1 80,4 Слабка взаємодія
Z0 0 1 91,2 Слабка взаємодія
Глюон 0 1 0 Сильна взаємодія
Бозон Хіггса 0 0 125,1 Поле Хіггса

Бозон Хіггса (спін — 0) передбачається теорією електрослабкої взаємодії. В механізмі Хіггса Стандартної моделі масивний хіггсівський бозон отримує масу через спонтанне порушення симетрії. Наявність мас у елементарних частинок (зокрема, великі маси W±- та Z0-бозонів) може бути пояснена їх взаємодією з полем Хіггса.

Гіпотетичні частинкиРедагувати

Суперсиметричні теорії, які розширюють Стандартну модель, передбачають існування нових частинок (суперсиметричних партнерів частинок Стандартної моделі), проте жодна з них не була експериментально підтверджена (станом на 2020 рік).

Крім того, в інших моделях вводяться наступні, поки не зареєстровані, частинки:

Складені частинкиРедагувати

 
Кваркова структура протона: 2 u-кварка і 1 d-кварк.

АдрониРедагувати

Адрони визначаються як складені частинки сильної взаємодії. Адрони складаються з кварків і діляться на 2 категорії:

  • баріони, які складаються з трьох кварків трьох різних кольорів і утворюють безкольорову комбінацію;
  • мезони, які складаються з одного кварка і одного антикварка.

Кваркові моделі, вперше запропоновані у 1964 р. незалежно Гелл-Манном і Джорджем Цвейгом (який назвав кварки «тузами»), описують відомі адрони як складені з вільних (валентних) кварків і/чи антикварків, міцно зв’язаних сильною взаємодією, яка переноситься глюонами. В кожному адроні також міститься "море" віртуальних кварк-антикваркових пар.

БаріониРедагувати

 
Комбінація трьох u, d чи s-кварків із загальним спіном 3/2 формують так званий баріонний декуплет.

Звичайні баріони (ферміони) містять кожен три валентних кварки або три валентних антикварки.

  • Нуклони — ферміонні складові звичайного атомного ядра:
  • Гіперони, такі, як Λ-, Σ-, Ξ- і Ω-частинки, містять один чи більше s-кварків. Вони важчі за нуклони і розпадаються (завдяки слабкій взаємодії) за час порядка   секунд. Хоча зазвичай в атомному ядрі гіперонів нема (у ньому міститься лише домішка віртуальних гіперонів), існують зв’язані системи одного чи більше гіперонів з нуклонами, які називаються гіперядрами, які теж є досить короткоживучими.
  • Також були виявлені чарівні і красиві баріони, що мають час життя порядка пікосекунди або менше.

Нещодавно були знайдені ознаки існування екзотичних баріонів, які містять п’ять валентних кварків; але були повідомлення і про негативні результати. Питання їх існування залишається відкритим.

  • Пентакварки складаються з п’яти валентних кварків (точніше, чотирьох кварків і одного антикварка).

МезониРедагувати

 
Мезони с нульовим спіном формують нонет

Звичайні мезони містять валентний кварк і валентний антикварк. В їх число входять піон, каон, J/ψ-мезон і багато інших типів мезонів. В спрощених моделях ядерних сил взаємодія між нуклонами переноситься мезонами.

Можуть існувати також екзотичні мезони (існування деяких із них все ще під питанням):

  • Тетракварки складаються з двох валентних кварків і двох валентних антикварків.
  • Глюболи — зв’язані стани глюонів без валентних кварків.
  • Гібриди складаються з одної чи більше кварк-антикваркових пар і одного чи більше реальних глюонів.

Мезони з нульовим спіном формують нонет.

ВиноскиРедагувати

  1. Масса Top-кварка: тепер невизначеність становить 1,2% (англійською). 2006-08-03. Архів оригіналу за 2012-02-21. Процитовано 2009-09-25. 
  2. а б в Лабораторні виміри таобмеження на властивості нейтрино (англійською). Архів оригіналу за 2012-02-21. Процитовано 2009-09-25. 

Див. такожРедагувати

ПосиланняРедагувати

  • S. Eidelman et al. (2004). Review of Particle Physics. Physics Letters B 592: 1.  (На сайті Particle Data Group знаходиться регулярно оновлювана електронна версія цього огляду властивостей частинок.)
  • Joseph F. Alward, Elementary Particles, Department of Physics, University of the Pacific
  • Elementary particles, The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.