§ 52. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия

Элементарные частицы

1. Частицы, которые невозможно разделить на составные части, называют элементарными. Это, однако, не означает, что все элементарные частицы не могут состоять из каких-то других, ещё более мелких образований. Напротив, большинство элементарных частиц имеют сложное строение.

В начале XX в. к числу элементарных частиц относили протон, нейтрон, электрон и, несколько позже, фотон. Однако уже в 30-х гг. XX в. благодаря предсказанию японского физика Хидэки Юкавы (1907—1981) были обнаружены новые частицы — мюоны — положительные и отрицательные частицы с массой 207 электронных масс, и на рубеже 50-х гг. учёные открыли ещё одну группу элементарных частиц — пионов (или пи-мезонов). Масса пиона, имеющего заряд, составляет 273 электронные массы, а нейтрального пиона — 264 электронные массы.

Создание мощных ускорителей во второй половине XX столетия позволило обнаружить существование новых элементарных частиц. Всего к настоящему времени известно более 350 частиц, в основном нестабильных.

Главное свойство всех элементарных частиц — способность к взаимным превращениям, т. е. способность рождаться и уничтожаться. Все процессы с элементарными частицами, включая их распады, протекают через последовательность актов поглощения и испускания, в которых обязательно выполняются законы сохранения.

Фундаментальные взаимодействия

2. Процессы с участием различных элементарных частиц сильно различаются по своим временным и энергетическим характеристикам. В соответствии с этим взаимодействия, в которых они участвуют, подразделяют на четыре фундаментальных взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь протонов и нейтронов в атомных ядрах.

Электромагнитное взаимодействие ответственно за связь электронов в атомах с их ядрами и связь атомов в молекулах. Между элементарными частицами это взаимодействие осуществляется через электромагнитное поле.

Слабое взаимодействие проявляется в сравнительно медленно протекающих процессах распада некоторых элементарных частиц и атомных ядер. Например, благодаря слабому взаимодействию свободный нейтрон распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино.

Все без исключения частицы участвуют в гравитационном взаимодействии, которое, однако, на расстояниях порядка 10^-15 м и меньше не играет практически никакой роли.

Окончание >>>