Классификация элементарных частиц - Контрольная работа по дисциплине «Концепции современного ествоствознания»

Разделение элементарных частиц по различным группам, или их классификацию, можно проводить по разным основаниям деления. Например, подобную классификацию можно проводить по массе, электрическому заряду, времени жизни частиц и т.д. Однако научная классификация в качестве такого основания выбирает существенный признак, каким, несомненно, служит характер фундаментального взаимодействия частиц.

По типу взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, все они могут быть отнесены к двум основным группам.

К первой группе относятся адроны (от греч. — сильный, большой), которые особенно активно участвуют в сильном взаимодействии, но могут участвовать также в электромагнитном и слабом взаимодействиях.

Адроны, в свою очередь, делятся на барионы и мезоны. К барионам (от греч. — тяжелый) относятся элементарные частицы, обладающие полуцелым спином, масса которых не меньше массы протона. С этим связано само название этих частиц, поскольку самая легкая из них— протон — в 1836 раз тяжелее электрона. Протон и нейтрон являются наиболее известными барионами. Кроме них к ним принадлежат гипероны, часть «очарованных» частиц и др., но единственно стабильной частицей среди них является протон. Нейтроны стабильны только во взаимодействии с протонами внутри ядра, в свободном же состоянии они распадаются. Остальные барионы также нестабильны и быстро распадаются, превращаясь в конечном итоге в протон и легкие частицы. Характерным свойством барионов является сохранение разности между числом барионов и антибарионов, которое нередко формулируют в виде закона сохранения барионного заряда, если приписать бариону особый заряд.

Мезоны - это адроны с целым спином. Название произошло от греч. слова, означающего "средний", поскольку массы первых открытых мезонов имели промежуточные значения между массами протона и электрона. Мезон
состоит из двух кварков (точнее, кварка и антикварка).

Легчайшие из мезонов - пионы или p - мезоны: p -, p +, p 0. Более массивные - каоны К+, К-, К0; их масса почти в два раза меньше массы протона.

Ко второй группе элементарных частиц принадлежат лептоны (от греч. — легкий, тонкий), участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К этой группе относится электрон, мюон (m +), фотон, нейтрино и открытый в 1975 г. тяжелый τ-лептон.

Помимо общих групповых характеристик элементарные частицы обладают также специфическими, индивидуальными признаками, которые характеризуются их квантовыми числами. К ним относят массу частицы, время ее жизни, спин и электрический заряд. Основываясь на этих признаках, можно провести дальнейшую классификацию элементарных частиц. По массе они делятся на тяжелые, промежуточные и легкие. По времени жизни различают стабильные, квазистабильные и нестабильные частицы. К стабильным частицам относят электрон, протон, фотон и нейтрино. Квазистабильные частицы распадаются вследствие электромагнитного и слабого взаимодействия. Нестабильные частицы распадаются за счет сильного взаимодействия. Спин характеризует собственный момент количества движения частицы и измеряется целым или полуцелым значением, кратным постоянной Планка. Так, у протона и электрона он равен 1/2, а у фотона 0. Электрические заряды элементарных частиц являются кратными наименьшего заряда, присущего электрону.

Ниже указаны спины некоторых микрочастиц: