Классы элементарных частиц

В зависимости от способности к участию в сильном взаимодействии все элементарные частицы, за исключением фотона, разбиваются на две основные группы: адроны и лептоны. Адронами называют частицы, которые наряду с электромагнитным и слабым взаимодействиями участвуют в сильном взаимодействии. Лептонами называют частицы, которые участвуют только в электромагнитном и слабом взаимодействиях.

В современной физике считается, что все взаимодействия в природе тесно связаны между собой и являются различными проявлениями некоторого единого взаимодействия (поля). Объединение всех взаимодействий остаётся пока нерешённой задачей физической теории.

Важным этапом на этом пути стало создание теории, объединившей электромагнитное и слабое взаимодействия в единое электро- слабое взаимодействие. В этой новой теории электромагнитное поле и поле слабого взаимодействия рассматриваются как разные компоненты одного поля, квантами которого наряду с квантом электромагнитного поля — фотоном являются три новых частицы — промежуточные векторные бозоны. Теория не только предсказала существование этих частиц, но и позволила вычислить их массы. Большая масса этих частиц (примерно в 100 раз больше, чем у протона) не позволяла обнаружить их и исследовать экспериментально, пока не было достаточно мощных ускорителей. В 1983 г. на ускорителе в Женеве были открыты все три частицы. Значения их масс совпали с теоретическими значениями.

Значительные успехи достигнуты в последние годы и в теории сильного взаимодействия. Нуклоны в этой теории перестали играть роль основных частиц. Оказалось, что нуклоны и все адроны можно представить как составные частицы, образованные из так называемых кварков. Кварки, особые элементарные частицы, бывают шести сортов. Наиболее важны u-кварки и d-кварки, из которых построены протоны и нейтроны. Кварки обладают дробным электрическим зарядом. Заряд u-кварка составляет +2/3 элементарного заряда, заряд d-кварка -1/3. Протон состоит из двух u- и одного d-кварка. Нейтрон состоит из одного u-кварка и двух d-кварков. Когда d-кварк внутри нейтрона превращается в u-кварк, заряд нуклона изменяется на (+2/3) - (-1/3) = 1, что воспринимается наблюдателем как превращение нейтрона в протон. Кварки не наблюдаются в свободном состоянии и, по современным представлениям, не могут существовать вне адронов. Всякая попытка освободить кварк из адрона заканчивается рождением пары кварк—антикварк, образующих в совокупности мезон.

Взаимодействие между кварками в адроне осуществляется посредством обмена, так называемыми глюонами — гипотетическими электрически нейтральными частицами с нулевой массой. Основной вклад в массы протонов и нейтронов дают не кварки, из которых они состоят, а сильное взаимодействие между кварками, обусловленное глюонами. Это означает, что глюоны переносят массу, хотя сами ею не обладают.

Самоконтроль

В рабочей тетради выполните тренировочный тест 8.