Понятие «элементарная частица» в физике. Классификация элементарных частиц.

    Элементарная частица - собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить (или пока это не доказано) на составные части.

   Существует и другой термин в физике элементарные частицы - это наименования большой группы мельчайших частиц материи, которые не являются атомами или атомными ядрами, т.е. объектами заведомо составной природы. Существуют  протон (p), нейтрон (n), фотон (g), p - мезоны и другие частицы – всего более 350 частиц, в основном нестабильных и их число продолжает расти.  Как установлено, состоят из кварков. Первой открытой элементарной частицей был электрон. Его открыл английский физик Томсон в 1897 году.

    Первой открытой античастицей был позитрон - частица с массой электрона, но положительным электрическим зарядом. Это античастица была обнаружена в составе космических лучей американским физиком Андерсеном в 1932 году.

   Элементарная частица характеризуются своей массой, электрическим зарядом, собственным моментом количества движения - спином. Электрон - самая легкая частица с ненулевой массой покоя. Так, протон, нейтрон и электрон имеют спин Ѕ, а спин фотона равен 1. Стабильные частицы - это электрон, протон, фотон и нейтрино. Нейтрон стабилен, когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут.

   Очевидно, что при наличии такого большого числа элементарных частиц возникает необходимость их классификации. Элементарные частицы современной физики не удовлетворяют строгому определению элементарности, поскольку большинство из них по современным представлениям являются составными системами.

    Элементарные частицы принято классифицировать в основном по двум признакам (рисунок №1): 1) по способности к различным видам взаимодействия и 2) по массе. Рассмотрим принципы такой классификации.

Физика же частиц не может упорядочить даже сотню частиц.

Классификация элементарных частиц

     В общей массе элементарных частиц можно выделить несколько характерных групп.   ( Рисунок №1)  

    В зависимости от участия в тех или иных видах взаимодействия все изученные элементарные частицы, за исключением фотона, разбиваются на две основные группы - адроны и лептоны.

   Фотоны – кванты (частицы, порции) электромагнитного поля. Не обладают массой. Тем не менее, могут переносить энергию и импульс.

    Лептоны (от греч. - тонкий, легкий) - класс элементарных частиц, не обладающих сильным взаимодействием, участвующих только в электромагнитном и слабом взаимодействии.

    Хотя лептоны могут иметь электрический заряд, а могут и не иметь, спин у всех у них равен Ѕ. Среди лептонов наиболее известен электрон. Как и все остальные лептоны, электрон, по-видимому, является элементарным объектом, поскольку  не состоит из каких-то других частиц.

    Другой хорошо известный лептон - нейтрино. Нейтрино являются наиболее распространенными частицами по Вселенной. Но, несмотря на такую распространенность нейтрино, изучать их очень сложно. 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. Во многих 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 годов 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 электрону и мюону.

    В 60-х годах список лептонов значительно расширился. 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.

    Адроны (от греч. - большой, сильный) - класс элементарных частиц, участвующих в сильном взаимодействии (наряду с электромагнитным и слабым).

    Общее число около четырехсот. Открытие множества разнообразных адронов в 50-60-x годах крайне озадачило физиков. Но со временем адроны удалось классифицировать по массе, заряду и спину. Такое множество адронов наводит на мысль, что адроны не элементарные частицы, а построены из более мелких частиц. Все адроны встречаются в двух разновидностях - электрически заряженные и нейтральные. Среди адронов наиболее известны и широко распространены нейтрон и протон. Остальные адроны короткоживущие и быстро распадаются. Гипероны (от греч. hypér — сверх, выше), тяжёлые нестабильные элементарные частицы с массой, большей массы нуклона, обладающие барионным зарядом и большим временем жизни. Известно несколько типов Гиперона.: лямбда , сигма , кси , омега  .Барионы (гипероны)– адроны с полуцелым спином (фермионы). За исключением протона все нестабильны. Мезоны – являются частицами с целочисленным спином (нулевым). Мезоны, нестабильные элементарные частицы, принадлежащие к классу сильно взаимодействующих частиц (адронов); в отличие от барионов мезоны не имеют барионного заряда и обладают нулевым или целочисленным спином (являются бозонами).

      Название мезон (от греч. mésos — средний, промежуточный) связано с тем, что массы первых открытых мезонов — пи-мезона, К-мезона — имеют значения, промежуточные между массами протона и электрона. Пи-мезоны, p-мезоны, пионы, группа из трёх нестабильных элементарных частиц, и среди андронов считаются наиболее легкими.