Елементарна частинка

Елементарна частинка - збірний термін, що відноситься до мікрооб'єктів в суб'ядерних масштабі, які неможливо розщепити на складові частини.

Слід мати на увазі, що деякі елементарні частинки ( електрон, фотон, кварки і т. д) на даний момент вважаються безструктурними і розглядаються як первинні фундаментальні частинки. Інші елементарні частинки (так звані складові частинки - протон, нейтрон і т. д.) мають складну внутрішню структуру, але, тим не менш, за сучасними уявленнями, розділити їх на частини неможливо (див. Конфайнмент).

Будова і поведінку елементарних частинок вивчається фізикою елементарних частинок.

1. Класифікація

1.1. За величиною спина

Всі елементарні частинки діляться на два класи:

• бозони - частинки з цілим спіном (наприклад, фотон, глюон, мезони).
• ферміони - частинки з напівцілим спіном (наприклад, електрон, протон, нейтрон, нейтрино);

1.2. За видами взаємодій

Елементарні частинки діляться на наступні групи:

1.2.1. Складові частки

• адрони - частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Вони складаються з кварків і поділяються, в свою чергу, на:
  • мезони - адрони з цілим спіном, тобто є бозонами;
  • баріони - адрони з напівцілим спіном, тобто ферміони. До них, зокрема, відносяться частинки, що становлять ядро атома, - протон і нейтрон.

1.2.2. Фундаментальні (безструктурні) частки

• лептони - ферміони, які мають вигляд точкових частинок (тобто не перебувають ні з чого) аж до масштабів порядку 10 ^-18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для заряджених лептонів ( електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалося для нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.
• кварки - дробнозаряженние частинки, що входять до складу адронів. У вільному стані не спостерігалися (для пояснення відсутності таких спостережень запропоновано механізм конфайнмента). Як і лептони, діляться на 6 типів і вважаються безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть участь у сильній взаємодії.
• калібрувальні бозони - частинки, за допомогою обміну якими здійснюються взаємодії:
  • фотон - частинка, що переносить електромагнітне взаємодія;
  • вісім глюонів - частинок, що переносять сильна взаємодія;
  • три проміжних векторних бозона W ^+, W ^- і Z ^0, що переносять слабка взаємодія;
  • гравітон - гіпотетична частинка, що переносить гравітаційна взаємодія. Існування гравітонів, хоча поки не доведено експериментально в зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії, вважається цілком вірогідним, а проте гравітон не входить в Стандартну модель елементарних часток.

Адрони і лептони утворюють речовина. Калібрувальні бозони - це кванти різних типів взаємодій.

Крім того, в Стандартної моделі з необхідністю присутня хіггсовскій бозон, який, втім, поки що не виявлений експериментально.

2. Історія

Спочатку термін "елементарна частка" мав на увазі щось абсолютно елементарне, первокірпічік матерії. Однак, коли в 1950-х і 1960-х роках були відкриті сотні адронів зі схожими властивостями, стало ясно, що принаймні адрони мають внутрішніми ступенями свободи, тобто не є в строгому сенсі слова елементарними. Ця підозра надалі підтвердилася, коли з'ясувалося, що адрони складаються з кварків.

Таким чином, фізики просунулися ще трохи вглиб будови речовини: найелементарнішими, точковими частинами речовини зараз вважаються лептони і кварки. Для них (разом з калібрувальними бозонами) застосовується термін "фундаментальні частинки".

3. Стандартна модель

Стандартна модель елементарних часток включає в себе 12 ароматів ферміонів, відповідні їм античастинки, а також калібрувальні бозони ( фотон, глюони, W - і Z-бозони), які переносять взаємодії між частинками, і не виявлений на даний момент бозон Хіггса, який відповідає за наявність маси у часток. Однак Стандартна модель в значній мірі розглядається скоріше як теорія тимчасова, а не дійсно фундаментальна, оскільки вона не включає в себе гравітацію і містить кілька десятків вільних параметрів (маси частинок і т. д.), значення яких не випливають безпосередньо з теорії. Можливо, існують елементарні частинки, які не описуються Стандартною моделлю - наприклад, такі, як гравітон (частка, що переносить гравітаційні сили) або суперсиметричні партнери звичайних частинок.

3.1. Ферміони

12 ароматів ферміонів поділяються на 3 групи ( покоління) по 4 частки в кожному. Шість з них - кварки. Інші шість - лептони, три з яких є нейтрино, а решту три несуть одиничний негативний заряд: електрон, мюон і тау-лептон.

3.1.1. Античастинки

Також існують 12 ферміонних античастинок, які відповідають вищезгаданим дванадцяти часткам.

Античастинки

Перше покоління	Друге покоління	Третє покоління
позитрон : e +	Позитивний мюон: μ +	Позитивний тау-лептон: τ +
Електронне антинейтрино:	Мюонів антинейтрино:	Тау-антинейтрино:
u-антикварк:	c-антикварк:	t-антикварк:
d-антикварк:	s-антикварк:	b-антикварк:

3.1.2. Кварки

Кварки і антикварки ніколи не були виявлені у вільному стані - це пояснюється явищем конфайнмента. На підставі симетрії між лептонами і кварками, що проявляється в електромагнітній взаємодії, висуваються гіпотези про те, що ці частинки складаються з більш фундаментальних частинок - преонов.

4. Гіпотетичні елементарні частинки