5.3 Элементарные частицы

1.

Тема 5.3 Элементарные частицы

2.

Элементарная частица
Начиная с 1932г. было открыто более 400
элементарных частиц
Элементарная частица – это микрообъект,
который невозможно расщепить на составные
части, и который взаимодействует с другими
микрообъектами как единое целое.

3.

Характеристики элементарных частиц
• Масса
• Электрический заряд
• Время жизни
• Спин (собственный момент импульса)

4.

Классификация
Все элементарные частицы
делятся на два класса
по массе:
Безмассовые частицы —
частицы с нулевой массой
(фотон, глюон).
Частицы с ненулевой
массой (все остальные
частицы).

5.

Классификация
Все элементарные частицы делятся на два класса
по времени жизни:
Стабильные элементарные
частицы — частицы, имеющие
Нестабильные
элементарные частицы —
бесконечно
большое
время
жизни в свободном состоянии
(протон, электрон, нейтрино,
фотон и их античастицы).
частицы, распадающиеся на
другие частицы в свободном
состоянии за конечное время
(все остальные частицы).

6.

Классификация
Все элементарные частицы
делятся на два класса
по величине:
Бозоны — частицы с целым
спином (например, фотон,
глюон, мезоны, бозон Хиггса);
Фермионы — частицы с
полуцелым
спином
(например, электрон, протон,
нейтрон, нейтрино).

7.

Классификация
Все элементарные частицы делятся на два класса
по видам взаимодействий:
Составные частицы:
Адроны
—
частицы,
участвующие
во
всех
видах
фундаментальных
взаимодействий.
Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:
Мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;
Барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним относятся протон и
нейтрон.

8.

Классификация
Фундаментальные (бесструктурные) частицы:
1. Лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего)
вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Известны 6 типов лептонов.
2. Кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии
не наблюдались. Делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, участвуют в сильном
взаимодействии.
3. Калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются
взаимодействия:
Фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;
Восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;
Три промежуточных векторных бозона W+, W− и Z0, переносящие слабое взаимодействие;
Гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие.
Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью
гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не
входит в Стандартную модель элементарных частиц.

9.

Адроны и лептоны образуют
вещество.
Калибровочные бозоны — это кванты
разных типов взаимодействий.

10.

Античастица
Античастица а (элементарной частицы а) – элементарная
частица, имеющая (по отношению к а) равную массу покоя, одинаковый
спин, время жизни и противоположный заряд.
Частицей, совпадающей со своей античастицей,
является фотон.
В 1931 г. английский физик Поль Дирак теоретически
предсказал существование позитрона – античастицы
электрона.

11.

Обнаружение античастиц
В 1932 г. позитрон был
экспериментально открыт
американским физиком
Карлом Андерсоном.
В 1947г. был обнаружен антипион.
В 1955 г. – антипротон, а в 1956 г. антинейтрон.

12.

Аннигиляция
Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной
частицы с ее античастицей, в результате которого они
превращаются в фотоны или другие частицы.
Процесс обратный аннигиляции:

13.

Антивещество
Антивещество – вещество состоящее из
антинуклонов и позитронов
В 1969 г. В нашей стране был получен антигелий.
Затем были получены антидейтерий, антитритий.
Антивещество – самый совершенный источник
энергии, самое калорийное «горючее»

14.

Кварки
В 1963 г. американские физики-теоретики Дж. Цвейг и М.Гелл-Манн выдвинули
гипотезу о том, что адроны состоят из кварков.
В 1969 г. экспериментальное подтверждение кварковой структуры адронов.
U (up) – верхний кварк
d (down) – нижний кварк
S (strange) – странный кварк
t (truth) – истинный кварк
В (beauty) – прелестный кварк
С (charmed) – очарованный кварк

15.

Кварки
Барионы состоят из трех кварков:
p= (u;u;d), n= (u; d; d)
Мезоны состоят из кварка и
антикварка:
П+=(u; d )
Каждый тип кварков может иметь три цветовых заряда: красный,
синий и зеленый. Все адроны цветонейтральны.
Так как существует 6 кварков и 6 антикварков, каждый из
которых может иметь 3 цвета, то полное число кварков равно 36.