Элементарные частицы

1. Проблема элементарности микрочастиц

До 1932 г. физики знали три элементарные частицы – электрон, протон и фотон. В 1945 уже было известно 30 элементарных частиц. В настоящее время общее число частиц ( вместе с античастицами) приближается к 400. Дать строгое определение понятия элементарной частицы затруднительно. В качестве первого приближения под элементарными частицами можно понимать такие микрочастицы, внутреннюю структуру которых на современном уровне развития физики нельзя представить как объединение других частиц. У подавляющего большинства частиц, которые сравнительно недавно считались элементарными, обнаружена внутренняя структура. К их числу относятся протоны, нейтроны, мезоны и другие частицы. Несмотря на это, за частицами сохранилось название элементарных. В ядерной физике под элементарными частицами теперь понимают все микроскопические частицы, кроме атомов и атомных ядер. Среди всех элементарных частиц те из них, которым согласно современным представлениям отводится роль предельно малых порций материи, называются истинно элементарными (например, нейтрино, электрон, фотон).

Для всех элементарных частиц характерны исключительно малые размеры и массы. Так линейные размеры нуклона и пиона (π-мезона) равны, электрона.

2. Типы взаимодействий

Известны четыре типа взаимодействий между элементарными частицам:

1. Сильное

2. Электромагнитное

3. Слабое

4. Гравитационное

Они перечислены в порядке убывания интенсивности (таблица 1)

Вид взаимодействия	Интенсивность	Радиус действия, см	Характерное время, с.
Сильное	1
Электромагнитное
Слабое
Гравитационное

Таблица №1

Наиболее сильным является взаимодействие между ядерными частицами (ядерное взаимодействие).

Сильное взаимодействие является короткодействующим, радиус действия между частицами ФОРМУЛА. Многие частицы – пиона (π– мезоны), каоны (k – мезоны), гипероны вступают в сильные взаимодействия необходимо время

c

Сильное взаимодействие между частицами вызывает рождение новых частиц. Фотон и электрон не вступают в эти взаимодействия. В связи с этим, говорят, что сильные взаимодействия не универсальны.

Следующим по величине является электромагнитное взаимодействие, которое осуществляется через электромагнитное поле. Оно слабее сильного примерно в 100 раз. Радиус действия не ограничен . Наиболее велики кулоновские силы. Нейтральные частицы со спином, например, нейтроны, взаимодействуют только через магнитное поле, источников которого являются магнитные моменты частиц. Ещё слабее электромагнитное взаимодействие между бесспиновыми частицами (например, нейтральными пионами). Нейтрино не участвует в электромагнитных взаимодействиях. Время, необходимое для осуществления с его величиной, больше на два порядка, по сравнению с сильным, и составляет

Далее следует слабое взаимодействие. Это взаимодействие в раз меньше сильного и враз меньше электромагнитного. Это взаимодействие ответственно за все видыβ-паспада ядер, за многие распады элементарных частиц, а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. В слабых взаимодействиях участвуют все частицы, кроме фотонов. Это свойство называют универсальностью слабых взаимодействий. Слабое взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим. Процессы, обусловленные слабым взаимодействием, требуют времени больше, чем в случае сильных, на 14 порядков, т.е. .

Самое слабое из всех известных взаимодействий – гравитационное. В этих взаимодействиях участвуют все частицы без исключения, так что гравитационные взаимодействия абсолютно универсальны. Силы гравитации имеют неограниченный радиус действия и всегда являются только силами притяжения. Чрезвычайная малость гравитационных сил позволяет игнорировать их в ядерной физике. Возможно, что ситуация эта – временная.

Общим свойством всех фундаментальных взаимодействий является их способность вызывать распады частиц. Среди известных частиц, стабильны только 11:

1. Фотон

2. Электрон и позитрон

3. Протон и антипротон

4. Три типа нейтрино

Все остальные частицы либо нестабильны, либо являются резонансами, имеющими время жизни .

Почти все частицы, за исключением фотона,– мезона, и– мезона, имеют античастицы. Античастицы, например, электрон и позитрон, способны к аннигиляции: