Внутренние квантовые числа

Помимо указанных величин, элементарные частицы характеризуются еще рядом квантовых чисел, называемых внутренними. Лептоны несут специфический лептонный заряд L двух типов: электронный (L _e) и мюонный (L _m); L _e = +1 для электрона и электронного нейтрино, L _m = +1 для отрицательного мюона и мюонного нейтрино. Тяжёлый лептон (таон) и связанное с ним нейтрино, по-видимому, являются носителями нового типа лептонного заряда L _t.

Для адронов L = 0, и это ещё одно проявление их отличия от лептонов. В свою очередь, значительные части адронов следует приписать особый барионный заряд В (|В| = 1). Адроны с В = +1 образуют подгруппу барионов (сюда входят протон, нейтрон, гипероны, барионные резонансы), а адроны с В = 0 – подгруппу мезонов (p - и К-мезоны, бозонные резонансы). Название подгрупп адронов происходит от греческих слов barýs – тяжёлый и mésos – средний, что на начальном этапе исследований элементарных частиц отражало сравнительные величины масс известных тогда барионов и мезонов. Более поздние данные показали, что массы барионов и мезонов сопоставимы. Для лептонов В = 0. Для фотона В= 0 и L= 0.

Барионы и мезоны подразделяются на уже упоминавшиеся совокупности: обычных (нестранных) частиц (протон, нейтрон, p-мезоны), странных частиц (гипероны, К-мезоны) и очарованных частиц. Этому разделению отвечает наличие у адронов особых квантовых чисел: странности S и очарования (английское charm) Ch с допустимыми значениями: | S | = 0, 1, 2, 3 и | Ch | = 0, 1, 2, 3. Для обычных частиц S = 0 и Ch = 0, для странных частиц | S |¹0, Ch = 0, для очарованных частиц | Ch |¹0, а | S | = 0, 1, 2.

Квантовые числа элементарных частиц разделяются на точные, которые связаны с физическими величинами, сохраняющимися во всех процессах, и неточные, для которых соответствующие физические величины в некоторых процессах не сохраняются. Точными квантовыми числами являются: электрический заряд q, лептонный заряд L и барионный заряд B, спин. Странность S, очарование Сh и красота b – неточные квантовые числа, они сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабом взаимодействии.

Уже первые исследования с обычными адронами выявили наличие среди них семейств частиц, близких по массе, с очень сходными свойствами по отношению к сильным взаимодействиям, но с различными значениями электрического заряда. Протон и нейтрон (нуклоны) были первым примером такого семейства. Позднее аналогичные семейства были обнаружены среди странных и (в 1976) среди очарованных адронов. Общность свойств частиц, входящих в такие семейства, является отражением существования у них одинакового значения специального квантового числа – изотопического спина I, принимающего, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Сами семейства обычно называются изотопическими мультиплетами. Число частиц в мультиплете (п) связано с I соотношением: n = 2 I + 1. Частицы одного изотопического мультиплета отличаются друг от друга значением «проекции» изотопического спина I ₃ .

Важной характеристикой адронов является также внутренняя чётность Р, связанная с операцией пространственной инверсии: Р принимает значения ±1.

Для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц, обусловленных сильными взаимодействиями, выполняются все законы сохранения (энергии, импульса, заряда (электрического, лептонного, барионного), изоспина, странности и четности. В процессах, обусловленных слабым взаимодействием, не сохраняются только изоспин, странность и четность.