Основные характеристики элементарных частиц

Кроме способности к различным взаимодействиям, элементарные частицы имеют другие характеристики, прежде всего массу, время жизни, спин, электрический заряд.

По массе все частицы делятся на тяжелые – адроны, средние – мезоны, легкие – лептоны.

В зависимости от времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными, в пределах точности современных измерений, являются электрон (t > 5×10²¹ лет), протон (t > 2×10³⁰ лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относят частицы, распадающиеся за счёт электромагнитных и слабых взаимодействий. Их времена жизни > 10^-20 сек (для свободного нейтрона даже ~ 1000 сек). Резонансами называются элементарные частицы, распадающиеся за счёт сильных взаимодействий. Их характерные времена жизни 10^-23–10^-24 с.

Спин может быть целым или полуцелым кратным величине . В этих единицах спин p - и К-мезонов равен 0, у протона, нейтрона и электрона J= 1/2, у фотона J = 1. Существуют частицы и с более высоким спином. Величина спина элементарной частицы определяет поведение ансамбля одинаковых (тождественных) частиц, или их статистику (В. Паули, 1940). Частицы полуцелого спина подчиняются статистике Ферми-Дирака(отсюда название фермионы), которая требует антисимметрии волновой функции системы относительно перестановки пары частиц (или нечётного числа пар) и, следовательно, «запрещает» двум частицам полуцелого спина находиться в одинаковом состоянии (принцип Паули). Частицы целого спина подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна(отсюда название бозоны), которая требует симметрии волновой функции относительно перестановок частиц и допускает нахождение любого числа частиц в одном и том же состоянии. Статистические свойства элементарных частиц оказываются существенными в тех случаях, когда при рождении или распаде образуется несколько одинаковых частиц.

Статистика Ферми-Дирака играет также исключительно важную роль в структуре ядер и определяет закономерности заполнения электронами атомных оболочек, лежащие в основе периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Электрические заряды изученных элементарных частиц является целым кратным величине е =1,6^.10^-19 Кл (элементарный электрический заряд). У известных элементарных частиц Q = 0, ±1, ±2.

Классификация самых распространенных элементарных частиц приведена в таблице.

Таблица. Классификация элементарных частиц.

Группа	Название частицы	Символ	Заряд, ед. е	Масса покоя, ед. me	Спин,ћ	Время жизни, с	Лепт. число L	Барион.число В	Странность, S
частицы	анти-частицы
Фотоны	Фотон	g				Стаби-лен
Лептоны	Электрон	e-	e+			1/2	Стаби-лен	+1
Электронное нейтрино					1/2	Стаби-льно	+1
Мюон				206,8	1/2	»10–6	+1
Мюонное нейтрино					1/2	Стаби-льно	+1
Таон	t–	t+			½	»10–12	+1
Таонное нейтрино					½	?	+1
Адроны	Мезоны	Пионы	p 0 p +	p –		264,1 273,1		»10–16 »10–8
Каоны				974,0 966,2		10–10-10–8 »10–8			+1 +1
Барионы	Протон				1836,2	½	Стаби-лен		+1 +1
Нейтрон				1838,7	½	»103
Гипероны: лямбда   сигма   кси   омега					1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 3/2	»10–10 »10–20 »10–10 »10–10 »10–10 »10–10 »10–10		+1 +1 +1 +1 +1 +1   +1	-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1