Л.К. Мартинсок, Е.В. Смирнов - Квантовая физика (1023618), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Как уже отмечалось, фотон является антинейтрон л. Начиная с 1960-х годов с помощью ускорителей было открыто большое число элементарных частиц с временем жизни 10 2 ...10 с. Эти частицы получили название резонансов, они составляют наиболее многочисленную часть всех открытых к настоящему времени элементарных частиц.
В 1962 г. было обнаружено мюонное нейтрино ц„, а в 1975 г. был открыт самый тяжелый из лептонов — т-лептон. В 1968 г. на Стэнфордском линейном ускорителе были обнаружены партоны — точечные объекты внутри протона, обладающие свойствами кварков. В 1983 г. К. Руббиа и С. Ван дер Мер в экспериментах на протон-антипротонном коллайдере (установке для столкновений встречных пучков ускоренных частиц) открыли самые тяжелые из всехэлементарныхчастиц — промежуточные векторные аг' - и к, -бозоны, подтвердив тем самым теорию электрослабых взаимодействий.
В 1995 г. в лаборатории им. Э.Ферми был обнаружен последний (шестой) )-кварк. В 2000 г. в этой же лаборатории было открыто т-нейтрино ч . Классификации элементарных частиц. Элементарные частицы обычно подразделяют на четыре класса (табл.
7.2). Первый класс образуют переносчики взаимодействий. Второй класс составляют лептоны, третий — мезоны и четвертый — барионы. переносчиком электромагнитного взаимодействия, а )У и У -бозоны переносят слабое взаимодействие. Глкзоны отвечают за сильное взаимодействие, более подробно о ннх рассказано далее. Лелшоны. Лептонами (от др.-греч.
Хупов — легкий) называются элементарные частицьк не участвующие в сильном взаимо- 1 действии и имеющие спин, равный —, т. е. лептоны являются 2 ферми-частицами. К лептонам относятся: электрон е, мкюн )з, т -лептон, все виды нейтрино (электронное ч,, мюонное ч„, т-лептонное мт ), а также нх античастицы. Все лептоны участвуют в слабом взаимодействии. Лептоны, имеющие электрический заряд (электроны, мкюны и т-лептоны), наряду со слабым испытывают также электромагнитное взаимодействие. Для лептонов была введена новая физическая величина — лептонный заряд Е (лептонное квантовое число). По определению, для всех лептонов Ь = 1, для аитнлептонов Е = — 1, для всех остальных частиц Ь = О.
На первый взгляд может показаться, что такое введение лептонного заряда носит чисто формальный характер. Однако, как показывает опыт, для лептонного заряда выполняется закон сохранения: и всех взаимо ействиях элемента н х част лептовиый з остается постоянным. Поэтому, например, реакция че+Р ~л+е Е: — 1+ О =О+( — 1), в которой суммы лептонных зарядов часпщ до взаимодействия и после взаимодействия равны, разрешена и реально протекает (в нижней строчке приведены лептонные заряды частиц). А реакция ~~, + р ~ л+ е+, Ь: 1+0 = О +(-1), в которой лептонный заряд не сохраняется, запрещена и ни разу не наблюдалась в эксперименте.
469 Отметим, что на самом деле для лептонов вводится не один, а три лептонных заряда. Для электрона е и электронного нейтрино ч, вводитсялептонныйзаряд У, Онравенединицедля е и у„минус единице для их античастиц и нулю для всех остальных частиц. Аналогично для мкюна и и мюонного нейтрино у„ вводится лептонный заряд 1З,, а для т-лептона т и т-лептонного нейтрино у — лептонный заряд 1„. Внутренняя структура лептонов к настоящему времени экспериментально не обнаружена, поэтому их можно отнести к истинно элементарным частицам. Масса мюона т„=105,66 МэВ, среднее время жизни т„ = 2,2 10 с. Масса т-лептона т, = 1,782 ГэВ, среднее время (>~ жизни тт =3,5 10 с. Чрезвычайно актуальным является вопрос о массе нейтрино.
Первоначально полагали, что масса покоя всех видов нейтрино равна нулю. Однако в дальнейшем зто предположение было поставлено под сомнение. В настоящее время после многочисленных опытов удалось установить лишь верхние ограничения на массу нейтрино. Так, для электронного нейтрино т„< 3 зВ. Если окае жется, что хотя бы один из типов нейтрино имеет массу порядка 10 зВ, зто приведет не только к существенным поправкам в картине микромира, но и может иметь фундаментальные космологические и астрофизические последствия.
Например, в этом случае из модели горячей Вселенной следовало бы, что общая масса нейтрино во Вселенной превосходит общую массу остального вещества. При этом Вселенная оказалась бы замкнутой. Образование галактик и скоплений галактик на ранней стадии развития Вселенной могло бы происходить из "конденсаций" нейтринного газа, а затем к таким нейтринным сгусткам стягивалось бы все остальное вещество.
Это могло бы объяснить "скрытую" массу галактик, на существование которой указывают результаты наблюдений, а также ряд других астрофизических "загадок". В итоге физики приходят к интересному заключению: от деталей структуры микрочастиц, в частности от массы нейтрино, зависят 470 наши представления о процессах, протекающих во Вселенной, т. е. в мегамире. Мезоны. Как уже отмечалось, элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии, называются адронами. Адроны, в свою очередь, подразделяются на два класса: мезоны и барионы.
Мезоиами (от др.-греч. фаоз — средний, промежуточный) называются адроны, обладающие левым или елочисленным спинцм. К их числу относятся я-, К-, й-мезоны, а также мезонные резонансы, т. е. мезоны с временем жизни порядка 10 с. Все мезо т я -ч Они получили такое название в связи с тем, что значения масс первых открытых мезонов (я- и К-мезона) занимали промежуточное положение между массами протона и электрона. В дальнейшем были обнаружены и другие мезоны, причем у некоторых из них масса оказалась больше массы протона. Мезоны участвуют в сильном, электромагнитном (если имеют электрический заряд) и слабом взаимодействиях. Яр .иаир < лр:р .Рра — В ются адроны, обладающие по елым спином. Самым легким из барионов является протон, который, как известно, в 1836 раз тяжелее электрона.
Вс ы являются ми-части ами. К барионам относятся нуклоны (протон и нейтрон), гипероны и барионные резонансы. Гиперонами называются нестабильные барионы, масса которых больше массы протона, а время жизни велико по сравнению с 10 с. За время т - 10 ...10 с гипероны распадаются с образованием нуклонов и легких частиц (я-мезонов, элек- 1 тронов, нейтрино, у-квакгов).
Спин всех гиперонов равен —, исклю- 2 3 чением является лишь й -гиперон, спин которого составляет —. 2 Для барионов вводится барионный заряд В (барионное квантовое число) аналогично тому, как был введен лептонный заряд для лептонов. Считается, что для барионов В =1, для антибарионов В=-1, для всех остальных частиц В=О. Опыт показывает, что и всех взаимо ействиях элемента ных част нный за яд остается постоянны . Это означает, что в микромире вы- полняется закон сохранения барионного заряда. 471 со временем распада порядка 10 ... 10 лет. Напомним, что, согласно экспериментальным данным, время распада протона составляет более 5.1032 лет.
Нестабильность протона, будь она обнаружена, явилась бы подтверждением теории Великого объединения. Кварковаи модель адронов. Большое количество и разнообразие адронов не могло не вызвать сомнения в их "элементарности". Поэтому были предприняты поиски более фундаментальных, первичных частиц, из которых могли быть образованы адроны. В 1964 г.
М. Гелл-Манн и Д. Цвейг выдвинули гипотезу, согласно которой все цдроны построены из кварков. Гипотеза кварков позволила не только понять структуру уже известных адронов, но и предсказать сущеспювание новых частиц. В настоящее время установлено, что существуют шесть типов 1 кварков: и, с/, л, с, Ь и /. Спин всех кварков равен — (кварки 2 1 являются фермионами), а барионный заряд В = —. Остальные ха- 3 рактернстики кварков приведены в табл. 7.3.
Таблица 7.3 Электрическ- ийия заряд 12, с Шарм (очарование) С Красота ь Правди- вость (ис- тинность) с Странность о Кварк +2/3 -1/3 -1/3 +2/3 -1/3 + 2/3 472 Все барионы, за исключением протона, нестабильны. Они распадаются на нуклоиы и легкие частицы. Однако в связи с созданием различных моделей единой теории поля (Великого объединения), включающей в себя сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия, стабильность протона поставлена под сомнение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
