Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 5 (1110092), страница 307
Текст из файла (страница 307)
В 1994 ИЮПАК 'утвердил для Э. 109 назв. мейтнерий (в честь Л. Мейтнер), символ М1. Лим. см. прн ст. Эленеим /аб. Б. Ф. Мтсаедае. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТЙЦЫ, в узком смысле — частицы, к-рые нельзя считать сосгоящимй из других частиц. В совр. физике термин «Э. ч.» используют в более широком смысле; так наз. мельчайшие частицы материи, подчиненные условию, что онн не являются атомными ядрами и атомами (исключе- ние составляет протон); иногда по этой причине Э.
ч. назьпв- ют субъядерными частицами. Большая часть таких частиц (а их известно более 350) явпявтсз составными системами. Э.ч. участвуют в электромагнитном, слабом, сильном и гравитационном взаимодействиях. Из-за малых масс Э. ч. их гравитационное взаимод. обычно не учитывается.
Все Э.ч. разделают на три осн. группы. Первую сосгавлюат т. наз. 929 ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ 4б9 б о з о н ы — переносчики злехтрослабого взввюдействия, Сюда относится фотон, или квант электромагнитного излучения. Масса покоя фотона равна нулю, поэтому скорость распространения электромвнитных воли в вакууме (в т.ч.
световых волн) представляет собой предельную скорость распространении физ, воздействия н являетсп анной из фридам. физ. постоянных; принято, что с = (299792458 х я 1,2) м/с. Вторая группа Э.ч.— пелтон ы, участвующие в электромагнитных и слабых взаимодействгвх. Известно 6 лепгонов: зпевщюи, электронное нейтрино, мюон, мвонное нейтрино, тяжелый т-пелтон и соответствующее нейтрино. Эл е к т р о н (символ е) считается материальным носителем наименьшей массы в природе т„равной 9,1 10-тз г (в энергетнч.
в[пивцах м0,511 МэВ) и нэименьшего отрицат. эпектрич. заряда с=1,6 10 'и Кл, Мюоны (символ )г) — частицы с массой ок. 207 масс электрона (105,7 МзВ) и электрич. зарядом, равным заряду электрона; тяжелый т-пелтон имеет массу ок. 1,8 ГэВ. Соответствующие этим частицам три типа нейтрино — электронное (символ и,), маюнное (символ и„) и т-нейтрино (символ и,) — легхие (возможно, безмассовые) электрически нейтральные частицы. Все лептоны имеют спин '/28 (8 — постоянная Планка), т. е.
по статнстнч, св-вам явшютсз фермионами (см. Статистическая термодинамика). Каждомуизлептоновсоответствует античастица, имеющая те же значении массы, спина и др. характеристик, но отличающаяся знаком электрич. заряда. Существуют поз и т р о н (симвоп е') — античастица по отношению х электрону, положительно заряженный мюон (символ [з') и три типа антинейтрино (символ Ра ри, йт), к-рым приписывают противоположный знак особою квантового числа, наз. лептонным зарядом (см. ниже). Третья группа Э.ч.- адроны, они участвуют в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях.
Адроны представляют собой «тяжелые» частицы с массой, значительно превышюощей массу электрона. Это наиб. многочисленнэя группа Э.ч. Адроны делятся на барионы — частицы со спинам '/28, м е з о н ы — частишд с целочисленным спинам (О или 1); а также т.наз. резонансы — коропгожнвущне возбужденные состозния адронов. К барионам относят притоп (символ р) — вгро атома водорода с массой в 1836 раз превышающей т, и равной 1,672648 10™ г ( и 938,3 МэВ), и положит. электрич. зарядом, равным заряду электрона, а также иейщюн (символ и) — электрически нейтральная частица, масса к-рой немного превышаег массу протона.
Из протонов и нейтронов построены все ядра атомные, именно сильное взэимод. обусловливает связь этих частиц между собой. В сильном взаимодействии протон и нейтрон имеют одинаковые св-ва и рассматриваются как два хваптовых состояния одной частицы — н у к л о н а с изотопич. спинам '/тй (см. ниже). Барноны включают и ги п е р оны — Э.ч, с массой больше нуклонной: А-гиперон имеет массу 1116 МэВ, Е-гиперон — 1190 МэВ, Е-гиперон— 1320 МэВ, ь)-гиперон — 1670 МэВ. Мезоны имеют массы, промежуточные между массами протона и электрона (п-мезон, К-меюн).
Существуют меюны нейтральные и заряженные (с положит. н отрицат. элементарным электрич. парадом). Все мезоны по своим статистнч. св-взм отновгтся к бозонам. Основные сяойстяа Э. ч. Кюкдая Э, ч, описывается набо- % м дискретных значений физ. величин (квантовых чисел). щие характернстихи всех Э. ч.— масса, время жизни, спин, электрич, заряд.
В зависимости от времени жизни Э. ч, явится на стабильные, квюнстабнльные и нестабильные (реюнансы). Стабильными (в пределах точности сова. измерений) являются: электрон (время жизни более 5 101 лет), протон (более 10" лег), фатом и нейтрино. К квазистабильным опюсятся частицы, распадвощиеся вследствие электромагнитного и слабого взаимод., их времена жизни более 1О зо с. Резонансы распадаются за счет сильною взаимод., их характерные времена жизни ! 0 "-10 и с. 930 470 ЭЛЕМЕНТНЫЙ Внутренними характеристиками (квантовыми числами) Э.
ч. являются лепгонный (символ Е) и барионный (символ В) заряды; эти числа считаются строго сохраняющимися величинами для всех типов фундам. взаимод. Для лептонных нейтрино и их античастиц Е имеют противоположные знаки; длв барионов В = 1, для соответствующих античастиц В = -1. Для адронов характерно назичие особых квантовых чисел: «странности», «очарования», «красоты». Обычные (нестранные) ядраны — протон, нейтрон, я-мезоны. Внутри разных групп адронов имеются семейства частиц, близких по массе и со сходными св-вами по отношению к сильному взаимад., но с разя.
значениями злектрич. заряда; простейший пример— протон и нейтрон, Общее квантовое число для таких Э. ч.— т.наз. изотопич. спин, принимающий, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. К особым характеристикам адронов относится и внутренняя четность, принимающая значения х 1. Важное св-во Э. ч.— их способность к взаимопревращениям в результате электромагнитных или др. взаимодействий. Один извидоввзаимопревращении — т.наз. рождение пары, нли образование одновременно частицы и античастицы (в общем случае — образование пары Э. ч.
с противоположными лептонными или барионными зарядами). Возможны процессы рождения электрон-позитронных пар е е', машиных пар ц'ц, новых тяжелых частиц при столкновениях лептанов, образование из кварков сс- и ЬЬ-состояний (см. ниже). Другой вид взаимопревращений Э. ч.— а н н и г и л я и и в и а р ы при столкновениях частиц с образованием конечного числа фотонов (~ квантов).
Обычно образуютсв 2 фотона при нулевом суммарном спине сталкиваюшихся частиц и 3 фотона — при суммарном спине, равном 1 (проявление закона сохранения зарядовой четности). При определенных условиях, в частности при невысокой скорости сталкивающихся частиц, возможно образование связанной системы — позитрония е е' и мюония ц'е . Эти нестабильные системы, часто наз. водородоподобными атомами, их время жизни в в-ве в большои степени зависит от св-в в-ва, что позволяет использовать водородоподобные атомы для изученив структуры конденсир, в-ва и кинетики быстрых хим. р-ций (см, г)зезоннал химия, Ядерная химия).
Квардошш модель адронов. Детальное рассмотрение квантовых чисел адронов с целью их классификации позволило сделать вывод о том, что странные адроны и обычные адроиы в совокупности образуют объединения частиц с близкими св-вами, названные унитарными мультиплетами. Числа входящих в них частиц равны 8 (октет) и 1О (декуплет). Частицы, входящие в состав унитарного мультиплета, имеют одинаковые спин и внугр.
чегность, но различая>тся значениями электрич. заряда (частицы изотопич. мультиплета) и странности. С унитарными группами связаны св-ва симметрии, их обнаружение явилось основой для вывода о существовании особых структурных единиц, из к-рых построены адроны,— к в а р к о в. Считают, что адроны представляют собой комбинации 3 фундам. частиц со спинам '/;. и-кварков, д-кварков и з-кварков. Так, мезоны составлены из кварка и антикварка, барионы — из 3 кварков, Допущение, что ядраны составлены из 3 кварков, было сделано в 1964 Щж.
Цвейг и независимо от него М. ГелиМан). В дальнейшем в модель строения адронов (в частности, для того чтобы не возникало противоречия с принципом Паули) были включены еше 2 кварка — «очарованный» (с) и «красивый» (6), а также введены особые характеристики кварков — «аромат» и «цвет». Кварки, выступающие как составные части адронов, в свободном состоянии не наблюдались.
Все мнопюбразие адронов обусловлено разя. сочетаниями и-, д-, з-, с- и Ь-кларков, образующих связные состояния. Обычным адронам (протону, нейтрону, я-мезонам) соответствуют связные состоянии, построенные из и- и гз-кварков. Наличие в ядране наряду с и- и г(-кларками одного з-, с- или Ь-кварка означает, что соответствующий адрон — «странный», «очарованный» или «красивый». Кварковая модель строения адронов подтвердилась в результате экспериментов, проведенных в кон. 60-х — иач. 931 70-х и.. 20 в. Кварки фактически стали рассматриваться как новые Э.ч.— истишю Э.ч. дав адронной формы материи.
Ненаблюдаемость свободных кварков, по-видимому, носит принципиальный характер и дает основания предполагать, что они являются теми Э. ч., к-рые замыкают цепь структурных сасгавпющих в-ва. Существуют теоретич. и эксперим. доводы в пользу того, что силы, действующие между кварками, не ослабевают с расстоянием, т. е. шгя отделения кларков друг от друга требуется бесконечно большая энергия или, иначе говоря, возникновение кварков в свободном состоянии невозможно. Это делает их совершенно новым типом структурных единиц в-ва. Возможно, что кварки выступают как последняя ступень дробления материи. Краткие исторические сведения. Первой открытой Э.ч.
был электрон — носитель отрицат. злектрич. заряда в атомах (Дж. Дж. Томсон, 1897). В 1919 Э. Резерфорд обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, прогоны. Нейтроны открыты в 1932 Дж. Чедвиком. В 1905 А. Эйнштейн постулировал, что электромагнитное излучение является потоком отд. квантов (фотонов) и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта. Существование нейтрино как особой Э.
ч. впервые предложил В. Паули (1930); экспериментально электронное нейтрино открыто в 1953 (Ф. Райнес, К. Коузн). При исследовании космич. лучей были обнаружены; позитрон (К. Андерсон, 1932), мюоны обоих знаков электрич. заряда (К. Андерсон и С. Неддермейер, 1936), я- и К-мезоны (группа С. Пауэлла, 1947; существование подобных частиц было предположено Х.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
