Классификация элементарных частиц

Адроны и лептоны

Частицы, которые могут взаимодействовать посредством ядерных сил, назвали адронами¹. Например, к числу адронов принадлежат частицы, из которых состоят атомные ядра — протоны и нейтроны. Известных сегодня адронов сотни: именно они и составляют основную часть вновь открытых частиц.

¹ В переводе с греческого — большой, сильный.

Частицы, которые не взаимодействуют посредством ядерных сил, назвали лептонами². К их числу относятся, например, электрон и нейтрино.

² В переводе с греческого — лёгкий.

К настоящему времени установлено существование шести лептонов, причём один из них (так называемый таон) оказался не таким уж «лёгким»: его масса почти вдвое превышает массу протона. Зато три из шести лептонов (три вида нейтрино) полностью оправдывают свое название: их масса, по современным представлениям, очень мала (у некоторых типов нейтрино она, как считается, может быть даже равной нулю).

Кварки

В 60-х годах 20-го века американским физикам М. Гелл- Манну и Дж. Цвейгу удалось произвести систематизацию всех адронов, исходя из предположения, что они состоят из частиц, названных кварками.

Все адроны делятся на два типа — баристы³ и мезоны⁴.

³ От греческого «барис» — тяжёлый.

⁴ От греческого «мезо» — средний.

Барионы (к их числу принадлежат и нуклоны) состоят из трёх кварков, а мезоны (к их числу принадлежат, например, пи-мезоны, обмен которыми между нуклонами вносит существенный вклад в ядерные силы) — из кварка и антикварка.

Многие эксперименты по столкновениям частиц высоких энергий можно объяснить, исходя из предположения, что внутри нуклона находятся три кварка.

Однако «освободить» кварки не удалось даже при бомбардировке нуклонов частицами очень высокой энергии. И вообще выяснилось, что кварки обладают весьма необычными свойствами. Во-первых, они обладают дробным электрическим зарядом, равным +2е/3 и -е/3, где е — модуль заряда электрона. Например, протон состоит из двух кварков с зарядом +2е/3 и одного кварка с зарядом -е/3, поэтому заряд протона равен е. А нейтрон состоит из одного кварка с зарядом +2е/3 и двух кварков с зарядом -е/3, поэтому заряд нейтрона равен нулю.

Во-вторых, при увеличении расстояния между кварками сила их притяжения увеличивается, а при попытке разорвать связи между кварками рождаются кварки и антикварки, которые тут же объединяются в новые адроны.

В некотором смысле это напоминает невозможность получить магнит с одним полюсом: попытка разломать двухполюсной магнит хотя и удается, но при этом получаются два магнита — и каждый снова с двумя полюсами.

Взаимодействие кварков обусловлено наличием у них особого заряда, условно названного цветом. Эта физическая величина не имеет отношения к настоящему цвету и была введена только для более наглядного описания взаимодействия между кварками.

Сегодня установлено существование шести кварков — то есть по современным представлениям кварков столько же, сколько лептонов. Но это интригующее равенство ещё не получило убедительного объяснения.

Каждый из шести кварков существует в трёх «цветовых» вариантах — «красный», «синий» и «зелёный». Массы некоторых кварков намного превышают массы нуклонов.