Перечень элементарных частиц и их характеристики

1. В 1937 г. в космических лучах был зарегистрирован мюон m^- - тяжелый аналог электрона е^-. Эти частицы сходны по многим свойствам, но масса мюона примерно в 200 раз больше массы электрона. Открыт еще более тяжелый аналог электрона – таон t^{- -} с массой, примерно в 3500 раз превышающей массу электрона. Каждая из этих частиц имеет свое нейтрино, так что существуют электронное нейтрино n_е, мюонное нейтриноn_m и таонное нейтрино n_t. В разнообразных взаимопревращениях данное нейтрино сопровождает свою собственную заряженную частицу. В частности, в процессах бета-распада образуется именно электронное нейтрино n_е (или ), так как оно сопровождает рождение электрона е^- (или е⁺).

2. В 50-е гг. сначала в космическом излучении, а затем и в лаборатории, была зарегистрирована целая группа новых частиц: каоны (ка-мезоны) К⁺, К⁰, лямбда-гиперон L⁰, сигма-гипероны S⁺, S⁰, S^-, и кси-гипероны X⁰, X^-. Эти частицы обладали весьма необычными свойствами (например, они рождаются всегда парами, а распадаются поодиночке), причем их открытие явилось полной неожиданностью для физиков; они получили общее название странные частицы. В 1964 г. семейство этих частиц пополнилось омега-минус гипероном W^--.

3. 60-е гг. ознаменовались открытием более сотни частиц с чрезвычайно малыми (по сравнению с ранее известными) временами жизни 10^-24 – 10^-23 с. Длина их пробега с момента рождения до момента распада составляет около 10^-15 м, и в детекторах эти частицы не оставляют никаких треков. Они проявляются в виде пиков в графиках зависимости так называемых «сечений рассеяния» от энергии, из-за чего и называются резонансами. Именно резонансы занимают основное место в полных таблицах элементарных частиц.

4. В 1974 г. были обнаружены массивные (второе тяжелее протона), но относительно устойчивые (время жизни порядка 10^-19 с) мезоны J/y. Они явились родоначальниками целой группы новых частиц, которые были открыты в последующие годы и регистрация которых продолжается поныне. Существование этих частиц подтвердило очень глубокие теоретические построения физиков; они назвали их очарованными частицами.

5. В 1977 г. открыты чрезвычайно тяжелые ипсилон-мезоны g, массы которых более чем в 10 раз превышает массу протона. Считается, что они служат родоначальниками еще одной группы частиц – «красивых».

6. В ноябре 1982 г. появились первые сообщения об открытии промежуточных бозонов W⁺, W^-, Z⁰ – переносчиков слабого взаимодействия. Их масса почти в 100 раз больше массы протона.

7. Отдельные элементарные частицы различаются значениями физических величин из определенного их набора. К этим величинам относятся, в частности: масса (покоя) m, среднее время жизни t, спин J и электрический заряд q. Существует большое количество и других зарядов. Например, странные частицы обладают странностью S, принимающей целочисленные значения, очарованные частицы несут очарование (шарм) С и т.д.

8. Масса m измеряется в энергетических единицах (МэВ) в соответствии с соотношением Эйнштейна Е₀=mс². Спектр масс известных элементарных частиц простирается от 0 (фотон и нейтрино) до 10570 МэВ (один из ипсилон-мезонов). Для сравнения укажем, что масса электрона равна примерно 0,5 МэВ.

9. Среднее время жизни служит мерой стабильности частицы. Значения времени жизни варьируются в чрезвычайно широком диапазоне. Фотон, электрон, три нейтрино и протон (а также их античастицы) абсолютно стабильны (t =¥), резонансы предельно нестабильны (t =10^-24-10^-23 с).

10. Спин J измеряется в единицах и может иметь целые и полуцелые значения. У частиц, составляющих вещество (протон, нейтрон, электрон), J =1/2, у фотона спин равен 1. Для известных в настоящее время элементарных частиц значения спина лежат в интервале от 0 (например, пионы) до 9/2 (некоторые резонансы). Все частицы с полуцелыми спинами подчиняются принципу Паули. Что же касается одинаковых частиц с целым спином, то в одном квантовом состоянии их может находиться сколь угодно много.

11. Электрический заряд q любой частицы, которую можно реально детектировать, кратен элементарному заряду е; в единицах е он и измеряется (например, у электрона q =-1). Имеются нейтральные частицы (q =0), частицы с зарядом +1 и частицы с зарядом –1. Открыто несколько частиц (из группы резонансов), заряды которых равны +2 и –2. Особого обсуждения требуют кварки – частицы с дробными электрическими зарядами =2/3 и –1/3.