Які якості мають елементарні частинки. Чи існують кварки чи з чого складаються елементарні частки? фотон - частка, що переносить електромагнітну взаємодію

Елементарні частки, в точному значенніцього терміна, - це первинні, далі нерозкладні частки, у тому числі, за припущенням, складається вся матерія.

Елементарні частки сучасної фізики не задовольняють строгому визначеннюелементарності, оскільки більшість з них сучасним уявленнямє складовими системами. Загальна властивість цих систем у тому. Що вони є атомами чи ядрами (виняток становить протон). Тому іноді їх називають суб'ядерними частинками.

Частинки, які претендують на роль первинних елементів матерії, іноді називають "істинно елементарні частинки".

Першою відкритою елементарною часткою був електрон. Його відкрив англійський фізик Томсон у 1897 році.

Першою відкритою антицастицею був позитрон - частка з масою електрона, але позитивним електричним зарядом. Ця античастка була виявлена ​​у складі космічних променів американським фізиком Андерсоном у 1932 році.

У сучасному фізиці у групу елементарних відносяться понад 350 частинок, переважно нестабільних, та його число продовжує зростати.

Якщо раніше елементарні частинки зазвичай виявляли в космічних променях, то з початку 50-х років прискорювачі перетворилися на основний інструмент дослідження елементарних частинок.

Мікроскопічні маси та розміри елементарних частинок зумовлюють квантову специфіку їхньої поведінки: квантові закономірності є визначальними у поведінці елементарних частинок.

Найважливіша квантова властивість всіх елементарних частинок - це здатність народжуватися і знищуватися (випускатися та поглинатися) при взаємодії з іншими частинками. Всі процеси з елементарними частинками протікають через послідовність актів їх поглинання та випромінювання.

Різні процеси з елементарними частинками помітно відрізняються інтенсивністю протікання.

Відповідно до різної інтенсивності протікання взаємодії елементарних частинок феноменологічно ділять на кілька класів: сильне, електромагнітне та слабке. Крім того, всі елементарні частинки мають гравітаційну взаємодію.

Сильна взаємодія елементарних частинок викликає процеси, що протікають з найбільшою в порівнянні з іншими процесами інтенсивністю і призводить до самої сильного зв'язкуелементарних частинок. Саме воно обумовлює зв'язок протонів та нейтронів у ядрах атомів.

Електромагнітна взаємодія відрізняється від інших участю електромагнітного поля. Електромагнітне поле (в квантової фізики- фотон) або випромінюється, або поглинається під час взаємодії, або переносить взаємодію між тілами.

Електромагнітна взаємодія забезпечує зв'язок ядер та електронів в атомах та молекулах речовини, і тим самим визначає (на основі законів квантової механіки) можливість сталого стану таких мікросистем.

Слабка взаємодія елементарних частинок викликає дуже повільні процеси з елементарними частинками, у тому числі розпади квазістабільних частинок.

Слабка взаємодія набагато слабкіша не тільки сильної, а й електромагнітної взаємодії, але набагато сильніша за гравітаційну.

Гравітаційна взаємодія елементарних частинок є найслабшою з усіх відомих. Гравітаційна взаємодія на характерних для елементарних частинок відстанях дає надзвичайно малі ефекти через небагато мас елементарних частинок.

Слабка взаємодія набагато сильніша за гравітаційну, але в повсякденному життіроль гравітаційної взаємодії набагато помітніша за роль слабкої взаємодії. Це тому, що гравітаційне взаємодія (як, втім, і електромагнітне) має нескінченно великий радіус дії. Тому, наприклад, на тіла, що знаходяться на поверхні Землі, діє гравітаційне тяжінняз боку всіх атомів, у тому числі складається Земля. Слабка ж взаємодія має настільки малий радіус дії, що він досі не виміряний.

У сучасної фізикифундаментальну роль відіграє релятивістська квантова теорія фізичних систем нескінченним числомступенів свободи – квантова теорія поля. Ця теорія побудована для опису одного з найбільш загальних властивостеймікросвіту - універсальної взаємної перетворюваності елементарних частинок. Для опису такого роду процесів був потрібен перехід до квантового. хвильовому полю. Квантова теорія поля з необхідністю є релятивістською, оскільки якщо система складається з частинок, що повільно рухаються, то їх енергія може виявитися недостатньою для утворення нових частинок з ненульовою масою спокою. Частки ж із нульовою масою спокою (фотон, можливо нейтрино) завжди релятивістські, тобто. завжди рухаються зі швидкістю світла.

Універсальний спосіб ведення всіх взаємодій, заснований на калібрувальної симетрії, дає можливість їхнього об'єднання.

Квантова теорія поля виявилася найбільш адекватним апаратом для розуміння природи взаємодії елементарних частинок та поєднання всіх видів взаємодій.

Квантова електродинаміка - та частина квантової теоріїполя, в якій розглядається взаємодія електромагнітного поля та заряджених частинок (або електронно-позитронного поля).

В даний час квантова електродинамікарозглядається як складова частинаєдиної теорії слабкої та електромагнітної взаємодій.

Залежно від участі у тих чи інших видах взаємодії всі вивчені елементарні частинки, крім фотона, розбиваються на дві основні групи - адрони і лептони.

Адрони (від грец. - Великий, сильний) - клас елементарних частинок, що беруть участь у сильній взаємодії (поряд з електромагнітним і слабким). Лептони (від грец. - Тонкий, легкий) - клас елементарних частинок, що не володіють сильною взаємодією, що беруть участь тільки в електромагнітному і слабкому взаємодії. (Наявність гравітаційного взаємодії в усіх елементарних частинок, включаючи фотон, мається на увазі).

Закінчена теорія адронів, сильної взаємодії між ними поки що відсутня, проте є теорія, яка, не будучи ні закінченою, ні загальновизнаною, дозволяє пояснити їх основні властивості. Ця теорія - квантова хромодинаміка, за якою адрони складаються з кварків, а сили між кварками обумовлені обміном глюонами. Усі виявлені адрони складаються з кварків п'яти різних типів("Ароматів"). Кварк кожного "аромату" може перебувати в трьох "колірних" станах, або мати три різні "колірні заряди".

Якщо закони, що визначають співвідношення між величинами, що характеризують фізичну систему, або визначальні зміни цих величин з часом, не змінюються при певних перетвореннях, яким може бути піддана система, то кажуть, що ці закони мають симетрію (або інваріантні) щодо даних перетворень. У математичному відношенні перетворення симетрії становлять групу.

У сучасної теоріїелементарних частинок концепція симетрії законів щодо деяких перетворень є провідною. Симетрія сприймається як чинник, визначальний існування різних груп, і сімейств елементарних частинок.

Сильна взаємодія симетрична щодо поворотів в особливому "ізотопічному просторі". З математичної погляду ізотопічна симетрія відповідає перетворенням групи унітарної симетрії SU(2). Ізотопічна симетрія перестав бути точної симетрією природи, т.к. вона порушується електромагнітною взаємодією та різницею в масах кварків.

Ізотопічна симетрія є частиною ширшої наближеної симетрії сильної взаємодії - унітарної SU(3)- симетрії. Унітарна симетрія виявляється значно більшою, ніж ізотопічна. Проте висловлюється припущення, що ці симетрії, які дуже сильно порушені при досягнутих енергіях, будуть відновлюватися при енергіях, що відповідають так званому "великому об'єднанню".

Для класу внутрішніх симетрій рівнянь теорії поля (тобто симетрій, пов'язаних із властивостями елементарних частинок, а не з властивостями простору-часу), застосовується загальна назва – калібрувальна симетрія.

Калібрувальна симетрія призводить до необхідності існування векторних калібрувальних полів, обмін квантами яких зумовлює взаємодію частинок.

Ідея калібрувальної симетрії виявилася найбільш плідною в єдиній теорії слабкої та електромагнітної взаємодій.

Цікавою проблемою квантової теорії поля є включення в єдину калібрувальну схему та сильну взаємодію ("велике об'єднання").

Іншим перспективним напрямомоб'єднання вважається суперкалібрована симетрія, або просто суперсиметрія.

У 60-х роках американськими фізиками С.Вайнбергом, Ш.Глешоу, пакистанським фізиком А.Саламом та ін. була створена єдина теоріяслабкої та електромагнітної взаємодій, що пізніше отримала назву стандартної теорії електрослабкої взаємодії. У цій теорії поряд з фотоном, що здійснює електромагнітну взаємодію, з'являються проміжні векторні бозони - частки, що переносять слабку взаємодію. Ці частки були експериментально виявлені 1983 року в ЦЕРНі.

Відкриття на досвіді проміжних векторних бозонів підтверджує правильність основної ідеї калібрування стандартної теорії електрослабкої взаємодії.

Однак для перевірки теорії у повному обсязі необхідно також експериментально дослідити механізм спонтанного порушення симетрії. Якщо цей механізм справді здійснюється в природі, то мають існувати елементарні скалярні бозони – так звані хіггсові бозони. Стандартна теорія електрослабкої взаємодії передбачає існування, як мінімум, одного скалярного бозона.

До фізики атомного ядра тісно прилягає фізика елементарних частинок. Ця область сучасної наукибазується на квантових уявленнях і у своєму розвитку все далі проникає в глибину матерії, відкриваючи загадковий світїї першооснов. У фізиці елементарних часток надзвичайно велика роль теорії. Через неможливість прямого спостереженнятаких матеріальних об'єктів їх образи асоціюються з математичними рівняннями, з накладеними на них заборонними та дозвільними правилами.

За визначенням елементарні частинки — це первинні, нерозкладні освіти, у тому числі, за припущенням, складається вся матерія. Насправді цей термін вживається в більш широкому значенні- для позначення великої групимікрочастинок матерії, структурно не об'єднаних у ядра та атоми. Більшість об'єктів дослідження фізики елементарних частинок не відповідають строгому визначенню елементарності, оскільки є складовими системами. Тому частки, що задовольняють цю вимогу, прийнято називати істинно елементарними.

Першою елементарною часткою, відкритою в процесі вивчення мікросвіту ще в наприкінці XIXст., був електрон. Наступним був відкритий протон (1919), потім настала черга нейтрона, відкритого в 1932 р. Існування позитрона теоретично було передбачено П. Діраком в 1931 р., і в 1932 р. цей позитивно заряджений «двійник» електрона був виявлений у космічних променях. . Припущення про існування в природі нейтрино було висунуто В. Паулі у 1930 р., а експериментально воно було виявлено лише у 1953 р. У складі космічних променів у 1936 р. було знайдено мю-мезони (мюони) – частки обох знаків електричного зарядуіз масою близько 200 мас електрона. В іншому властивості мюонів дуже близькі до властивостей електрона і позитрона. Також у космічних променях у 1947 р. було відкрито позитивний та негативний пі-мезони, існування яких було передбачено японським фізиком Хідекі Юкавой у 1935 р. Надалі з'ясувалося, що існує також нейтральний пі-мезон.

На початку 50-х років. була відкрита велика групачастинок з дуже незвичайними властивостями, Що спонукало назвати їх «дивними». Перші частинки цієї групи були виявлені в космічних променях, це К-мезони обох знаків і К-гіперон (лямбда-гіперон). Зазначимо, що мезони отримали свою назву від грец. «середній, проміжний» через те, що маси перших відкритих частинокцього типу (пі-мезони, мю-мезони) мають масу, проміжну між масою нуклону та електрона. Гіперони ж ведуть свою назву від грец. «понад, вище», оскільки їх маси перевищують масу нуклону. Наступні відкриття дивних частинок робилися на прискорювачах заряджених частинок, які стали основним інструментом вивчення елементарних частинок.

Так було відкрито антипротон, антинейтрон і низку гіперонів. У 60-ті роки. було виявлено значну кількість частинок із вкрай малим часом життя, які отримали назвурезонансів. Як з'ясувалося, до резонансів належать більшість відомих елементарних частинок. У середині 70-х років. було відкрито нове сімейство елементарних частинок, що одержали романтичну назву «зачарованих», а на початку 80-х — сімейства «красивих» частинок і так званих векторних проміжних бозонів. Відкриття цих частинок стало блискучим підтвердженням теорії, заснованої на кварковій моделі елементарних частинок, яка передбачила існування нових частинок задовго до виявлення.

Таким чином, за час після відкриття першої елементарної частинки - електрона - в природі виявлено безліч (близько 400) мікрочастинок матерії, і процес відкриття нових частинок продовжується. Виявилося, що світ елементарних частинок влаштований дуже і дуже складно, які властивості різноманітні і часто вкрай несподівані.

Усі елементарні частинки є матеріальними утвореннями надзвичайно малих мас та розмірів. Більшість їх мають маси порядку маси протона (~10 -24 р) і розміри порядку 10 -13 м. Це визначає суто квантову специфіку їхньої поведінки. Важливе квантове властивість всіх елементарних частинок (включаючи і що належить до них фотон) у тому, що це процеси із нею відбуваються як послідовності актів їх випромінювання і поглинання (здатність народжуватися і знищуватися при взаємодії коїться з іншими частинками). Процеси за участю елементарних частинок відносяться до всіх чотирьох видів фундаментальної взаємодії, сильної, електромагнітної, слабкої та гравітаційної. Сильною взаємодією зумовлений зв'язок нуклонів в атомному ядрі. Електромагнітна взаємодія забезпечує зв'язок електронів із ядрами в атомі, а також зв'язок атомів у молекулах. Слабка взаємодія викликає, зокрема, розпад квазістабільних (тобто щодо довгоживучих) частинок, що мають час життя в межах 10 -12 -г 10 -14 с. Гравітаційна взаємодія на характерних для елементарних частинок відстанях ~10 -13 см, через невелику кількість їх маси, має вкрай малу інтенсивність, проте може виявитися істотною на надмалих відстанях. Інтенсивності взаємодій, сильної, електромагнітної, слабкої та гравітаційної - при помірній енергії процесів відносяться відповідно як 1, 10 -2 , 10 -10 , 10 -38 . Взагалі зі зростанням енергії частинок це співвідношення змінюється.

Елементарні частинки класифікують за різним ознакам, і треба сказати, що в цілому прийнята їхня класифікація досить складна.

Залежно від участі в різних видахвзаємодії всі відомі частинки ділять на дві основні групи: адрони та лептони.

Адрони беруть участь у всіх видах взаємодії, включаючи сильне. Вони отримали свою назву від грец. "великий, сильний".

Лептони не беруть участь у сильній взаємодії. Їхня назва походить від грецьк. "легкий, тонкий", оскільки маси відомих до середини 70-х років. частинок цього класу були помітно меншими за маси всіх інших частинок (крім фотона).

До адронів відносяться всі баріони (група частинок з масою не менше маси протона, названих так від грец. «важкий») та мезони. Найлегшим баріоном є протон.

Лептонами є, зокрема, електрон і позитрон, мюони обох знаків, нейтрино трьох видів (легкі, електрично нейтральні частки, що беруть участь лише у слабкому і гравітаційному взаємодії). Передбачається, що нейтрино настільки ж поширені в природі, як і фотони, до їхньої освіти призводить безліч різних процесів. Відмінною особливістю нейтрино є його величезна здатність, що проникає, особливо при низьких енергіях. Завершуючи класифікацію за видами взаємодії, слід зазначити, що фотон бере участь лише в електромагнітному та гравітаційному взаємодіях. Крім того, відповідно до теоретичними моделями, Спрямованими на об'єднання всіх чотирьох видів взаємодії, існує гіпотетична частка, що переносить гравітаційне поле, яка отримала назву гравітон. Особливість гравітону полягає в тому, що він (згідно з теорією) бере участь тільки в гравітаційній взаємодії. Зауважимо, що теорія пов'язує з квантовими процесами гравітаційної взаємодії ще дві гіпотетичні частки — гравітіно та гравіфотон. Експериментальне виявлення гравітонів, тобто, по суті, гравітаційного випромінювання, Вкрай утруднено через його надзвичайно слабку взаємодію з речовиною.

Залежно від часу життя елементарні частинки поділяють на стабільні, квазістабільні та нестабільні (резонанси).

Стабільними частинками є електрон (його час життя t > 10 21 років), протон (t > 10 31 років), нейтрино та фотон. Квазистабільними вважаються частинки, що розпадаються за рахунок електромагнітної та слабкої взаємодій, їх час життя t > 10 -20 c. Резонанси - частки, що розпадаються в результаті сильної взаємодії, їхній час життя знаходиться в інтервалі 10 -22 ^ 10 -24 с.

Найпоширенішим є ще один вид підрозділу елементарних частинок. Системи частинок з нульовим та цілим спином підпорядковуються статистиці Бозе-Ейнштейна, тому такі частки прийнято називати бозонами. Сукупність частинок з напівцілим спином описується статистикою Фермі-Дірака, звідси і назва таких частинок - ферміони.

Кожна елементарна частка характеризується певним наборомдискретних фізичних величин — квантових чисел. Загальними для всіх частинок характеристиками є маса m, час життя t, спин J та електричний заряд Q. Спин елементарних частинок набуває значення, що дорівнює цілим або напівцілим кратним Постійна Планка. Електричні заряди частинок є цілими кратними величиною заряду електрона, що вважається елементарним електричним зарядом.

Крім того, елементарні частинки додатково характеризуються так званими внутрішніми квантовими числами. Лептонам приписується специфічний лептонний заряд L = ±1, адрони з напівцілим спином несуть баріонний заряд =±1 (адрони з В = 0 утворюють підгрупу мезонів).

Важливий квантовою характеристикоюадронів є внутрішня парність Р, що приймає значення ±1 і відбиває властивість симетрії хвильової функціїчастинки щодо просторової інверсії (дзеркального відображення). Незважаючи на незбереження парності при слабкій взаємодії, частинки з хорошою точністю набувають значення внутрішньої парності, рівні або +1, або -1.

Адрони, крім того, поділяються на звичайні частинки (протон, нейтрон, пі-мезони), дивні частки (^-мезони, гіперони, деякі резонанси), «зачаровані» та «красиві» частинки. Їм відповідають спеціальні квантові числа: дивина S, чарівність С і краса b. Ці квантові числа введені відповідно до кваркової моделі для тлумачення специфічних процесівхарактерні для цих частинок.

Серед адронів є групи (родини) частинок з близькими масами, однаковими внутрішніми квантовими числами, але які відрізняються електричним зарядом. Такі групи називаються ізотопічними мул'типлетами і характеризуються загальним квантовим числом - ізотопічним спином, що приймає, як і звичайний спин, цілі та напівцілі значення.

У чому полягає кваркова модель адронів, що вже неодноразово згадувалася?

Виявлення закономірності угруповання адронів в мультиплети послужило основою припущення існування особливих структурних утворень, З яких побудовані адрони, - кварків. Допускаючи існування таких частинок, вважатимуться, що це адрони є комбінаціями кварків. Ця смілива та евристично продуктивна гіпотеза була висунута у 1964 р. американським фізиком Маррі Гелл-Маном. Суть її полягала у припущенні про наявність трьох фундаментальних частинок з напівцілим спином, що є матеріалом для побудови адронів, u-, d- та s-кварків. Надалі на основі нових експериментальних даних кваркова модель будови адронів поповнилася ще двома кварками, «зачарованими» (с) та «красивими» (b). Вважається за можливе існування та інших типів кварків. Відмінна особливістькварків полягає в тому, що вони мають дробові значення електричного і баріонного зарядів, не зустрічаються в жодній з відомих частинок. З кварковою моделлю узгоджуються всі експериментальні результатививчення елементарних частинок.

Згідно з кварковою моделлю, баріони складаються з трьох кварків, мезони — з кварку та антикварка. Оскільки деякі баріони є комбінацією трьох кварків в тому самому стані, що заборонено принципом Паулі (див. вище), кожному типу («аромату») кварку було приписано додаткове внутрішнє квантове число «колір». Кварк кожного типу ("аромата" - u, d, s, c, b) може перебувати в трьох "колірних" станах. У зв'язку з використанням колірних понять теорія сильної взаємодії кварків одержала назву квантової хромодинаміки (від грецьк. «колір»).

Можна вважати, що кварки є новими елементарними частинками, причому вони претендують роль істинно елементарних частинок для адронної форми матерії. Однак залишається невирішеною проблема спостереження вільних кварківта глюонів. Незважаючи на систематичні пошуки в космічних променях, на прискорювачах високої енергії, виявити їх у вільному стані поки що так і не вдалося. Є вагомі підстави вважати, що тут фізика зіткнулася з особливим явищем природи - так званим утриманням кварків.

Справа в тому, що існують серйозні теоретичні та експериментальні докази на користь припущення про те, що сили взаємодії кварків з відстанню не слабшають. Це означає, що для поділу кварків потрібна нескінченно велика енергія, отже поява кварків у вільному стані неможлива. Ця обставина надає кваркам статус особливих структурних одиниць речовини. Можливо, саме починаючи з кварків принципово неможливе дослідне спостереження ступенів дроблення матерії. Визнання кварків як реально існуючих об'єктів матеріального світуне тільки уособлює яскравий випадок первинності ідеї по відношенню до існування матеріальної сутності. Постає питання перегляд таблиці фундаментальних світових постійних, бо заряд кварку втричі менше заряду протона, отже, і електрона.

Починаючи з відкриття позитрона, наука зустрілася з частинками антиречовини. Сьогодні очевидним є те, що для всіх елементарних частинок з ненульовими значеннями хоча б одного з квантових чисел, таких як електричний заряд Q, лептонний заряд L, баріонний заряд В, дивина S, чарівність С і краса b, існують античастинки з тими ж значеннями маси , часу життя, спина, але з протилежними знаками вищезгаданих квантових чисел. Відомі частки, тотожні своїм античастинкам, вони називаються істинно нейтральними. Прикладами істинно нейтральних частинок служать фотон і один з трьох пі-мезон (два інших є по відношенню один до одного частинкою і античастинкою).

Характерною особливістю взаємодії частинок та античастинок є їх анігіляція при зіткненні, тобто взаємознищення з утворенням інших частинок та виконанням законів збереження енергії, імпульсу, заряду тощо. Типовим прикладоманігіляції пари є процес перетворення електрона та його античастинки - позитрону - в електромагнітне випромінювання(У фотони або гамма-кванти). Анігіляція пар відбувається як при електромагнітному взаємодії, а й за сильному взаємодії. При високих енергіяхлегкі частинки можуть анігілювати з утворенням більш важких частинок - за умови, що повна енергія частинок, що анігілюють, перевищує поріг народження важких частинок ( рівний суміїх енергій спокою).

При сильному і електромагнітному взаємодіях має місце повна симетрія між частинками та його античастинками, т. е. всі процеси, що відбуваються між першими, можливі й у других. Тому антипротони і антинейтрони можуть утворювати ядра атомів антиречовини, т. е. з античасток у принципі цілком може бути побудована антиречовина. Виникає очевидне питання: якщо кожна частка має античастинку, то чому ж у вивченій області Всесвіту відсутні скупчення антиречовини? Дійсно, про наявність їх у Всесвіті, навіть десь «поблизу» Всесвіту, можна було б судити з потужного анігіляційного випромінювання, що приходить до Землі в галузі зіткнення речовини та антиречовини. Однак сучасна астрофізикане має даних, які дозволили б хоча б припустити наявність у Всесвіті областей, заповнених антиречовиною.

Як же стався у Всесвіті вибір на користь речовини та на шкоду антиречовині, хоча закони симетрії переважно виконуються? Причиною цього феномена, швидше за все, стало саме порушення симетрії, тобто флуктуація лише на рівні основ матерії.

Ясно одне: якби такої флуктуації не виникло, доля Всесвіту була б сумною — вся її матерія існувала б у вигляді нескінченної хмари фотонів, що з'явилися в результаті анігіляції частинок речовини та антиречовини.

Елементарні частки, у вузькому значенні - частинки, які не можна вважати складаються з інших частинок. У сучасній фізиці термін " елементарні частки" використовують у більш широкому значенні: так називають дрібні частинкиматерії, підпорядковані умові, що є і атомами (виняток становить протон); іноді з цієї причини елементарні часткиназивають суб'ядерними частинками. Більшість таких частинок (а їх відомо більше 350) є складовими системами.

Елементарні часткиберуть участь в електромагнітному, слабкому, сильному та гравітаційному взаємодіях. Через малі маси елементарних частинокїхня гравітаційна взаємодія зазвичай не враховується. всі елементарні часткиподіляють на три основні групи. Першу складають так звані бозони – переносники електрослабкої взаємодії. Сюди відноситься фотон або квант електромагнітного випромінювання. Маса спокою фотона дорівнює нулю, тому швидкість поширення електромагнітних хвиль (в т. ч. світлових хвиль) являє собою граничну швидкість поширення фізичного впливу і є однією з фундаментальних фізичних постійних; прийнято, що з= (299792458±1,2) м/с.

Друга група елементарних частинок- лептони, що беруть участь в електромагнітних та слабких взаємодіях. Відомо 6 лептонів: електронне нейтрино, мюон, мюонне нейтрино, важкий τ-лептон і відповідне нейтрино. Електрон (символ e) вважається матеріальним носієм найменшої маси у природі m e , що дорівнює 9,1×10 -28 г (в енергетичних одиницях ≈0,511 МеВ) та найменшого негативного електричного заряду e= 1,6 10 -19 Кл. Мюони (символ μ -) - частинки з масою близько 207 мас електрона (105,7 МеВ) та електричним зарядом, рівним зарядуелектрона; важкий τ-лептон має масу близько 1,8 ГеВ. Відповідні цим часткам три типи нейтрино - електронне (символ ν e), мюонне (символ ν μ) та τ-нейтрино (символ ν τ) - легкі (можливо, безмасові) електрично нейтральні частинки.

Кожному з лептонів відповідає , Що має ті ж значення маси, спина та інших характеристик, але відрізняється знаком електричного заряду. Існують (символ e +) - античастка по відношенню до , позитивно заряджений (символ μ +) і три типи антинейтрино (символи ), яким приписують протилежний знак особливого квантового числа, званого лептонним зарядом (див. нижче).

Третя група елементарних частинок - адрони, вони беруть участь у сильній, слабкій та електромагнітній взаємодіях. Адрони є "важкі" частинки з масою, що значно перевищує масу електрона. Це найбільш численна група елементарних частинок. Адрони діляться на баріони - частинки зі спином ½ћ, мезони - частинки з цілим спином (0 або 1); а також так звані резонанси - короткоживучі збуджені стани адронів. До баріонів відносять протон (символ p) - ядро ​​атома водню з масою, що ~ 1836 разів перевищує m e і рівною 1,672648×10 -24 г (≈938,3 МеВ), і позитивним електричним зарядом, рівним заряду нейтрон (символ n) - електрично нейтральна частка, маса якої трохи перевищує масу протона. З протонів і нейтронів побудовано все, саме сильна взаємодія зумовлює зв'язок цих частинок між собою. У сильній взаємодії протон і нейтрон мають однакові властивостіі розглядаються як два квантові стани однієї частинки - нуклону з ізотопічним спином ½ћ (див. нижче). Баріони включають і гіперони - елементарні часткиз масою більше нуклонною: Λ-гіперон має масу 1116 МеВ, Σ-гіперон - 1190 МеВ, Θ-гіперон - 1320 МеВ, Ω-гіперон - 1670 МеВ. Мезони мають маси, проміжні між масами протону та електрона (π-мезон, K-мезон). Існують мезони нейтральні та заряджені (з позитивним та негативним елементарним електричним зарядом). Усі мезони за своїми статистичним властивостямвідносяться до бозонів.

Основні властивості елементарних частинок

Кожна елементарна часткаописується набором дискретних значеньфізичних величин (квантових чисел). загальні характеристикивсіх елементарних частинок- Маса, час життя, спин, електричний заряд.

Залежно від часу життя елементарні часткиділяться на стабільні, квазістабільні та нестабільні (резонанси). Стабільними (у межах точності сучасних вимірювань) є: електрон (час життя понад 5×10 21 років), протон (понад 10 31 років), фотон та нейтрино. До квазістабільних відносяться частинки, що розпадаються внаслідок електромагнітної та слабкої взаємодій, їх часи життя понад 10 -20 с. Резонанси розпадаються з допомогою сильної взаємодії, їх характерні часи життя 10 -22 - 10 -24 з.

внутрішніми характеристиками (квантовими числами) елементарних частинокє лептонний (символ L) та баріонний (символ У) заряди; ці числа вважаються величинами, що строго зберігаються, для всіх типів фундаментальних взаємодій. Для лептонних та їх античасток Lмають протилежні знаки; для баріонів У= 1, для відповідних античасток У=-1.

Для адронів характерна наявність спеціальних квантових чисел: "дива", "чарівності", "краси". Звичайні (недивні) адрони - протон, нейтрон, π-мезони. Усередині різних групадронів є сімейства частинок, близьких за масою і з подібними властивостями по відношенню до сильної взаємодії, але з різними значеннямиелектричного заряду; найпростіший приклад- протон та нейтрон. Загальне квантове число для таких елементарних частинок- так званий ізотопічний спин, що приймає, як і звичайний спин, цілі та напівцілі значення. До особливих характеристик адронів відноситься і внутрішня парність, що набуває значення ±1.

Важлива властивість елементарних частинок- їх здатність до взаємоперетворень у результаті електромагнітних чи інших взаємодій. Один із видів взаємоперетворень - так зване народження пари, або утворення одночасно частки та античастки (у загальному випадку- утворення пари елементарних частинокз протилежними лептонними чи баріонними зарядами). Можливі процеси народження електрон-позитронних пар e - e + , мюонних пар μ + μ - нових важких частинок при зіткненнях лептонів, утворення з кварків cc- І bb-Станів (див. нижче). Інший вид взаємоперетворень елементарних частинок- анігіляція пари при зіткненнях частинок із утворенням кінцевого числафотонів (γ-квантів). Зазвичай утворюються 2 фотони при нульовому сумарному спині частинок, що стикаються, і 3 фотони - при сумарному спині, рівному 1 (прояв закону збереження зарядової парності).

При певних умов, зокрема при невисокій швидкості частинок, що стикаються, можлива освіта пов'язаної системи- Позитрон e - e + і мюонію μ + e - . Ці нестабільні системи часто називають водородоподібними. Їх час життя в речовині в великого ступенязалежить від властивостей речовини, що дозволяє використовувати водородоподібні атомидля вивчення структури конденсованої речовини та кінетики швидких хімічних реакцій(Див. Мезонна хімія, Ядерна хімія).

Кваркова модель адронів

Детальний розгляд квантових чисел адронів з метою їхньої класифікації дозволив зробити висновок про те, що дивні адрони та звичайні адрони в сукупності утворюють об'єднання частинок з близькими властивостями, названі унітарними мультиплетами. Числа частинок, що входять до них, дорівнюють 8 (октет) і 10 (декуплет). Частинки, що входять до складу унітарного мультиплету, мають однакові та внутрішню парність, але відрізняються значеннями електричного заряду (частинки ізотопічного мультиплету) та дивацтва. З унітарними групами пов'язані властивості симетрії, їх виявлення стало основою висновку про існування спеціальних структурних одиниць, у тому числі побудовані адрони, - кварков. Вважають, що адрони є комбінацією 3 фундаментальних частинок зі спином ½: n-кварків, d-кварків та s-Кварків. Так, мезони складені з кварку та антикварку, баріони – з 3 кварків.

Припущення, що адрони складено з 3 кварків, було зроблено в 1964 (Дж. Цвейг і незалежно від нього М. Гелл-Ман). Надалі в модель будови адронів (зокрема, щоб не виникало протиріччя з принципом Паулі) були включені ще 2 кварки - "зачарований" ( з) і красивий" ( b), а також введені особливі характеристикикварків - "аромат" та "колір". Кварки, які виступають як складові адронів, у вільному стані не спостерігалися. Все різноманіття адронів обумовлено різними поєднаннями n-, d-, s-, з- І b-Кварків, що утворюють зв'язкові стани Звичайним адронам (протону, нейтрону, π-мезонам) відповідають зв'язкові стани, побудовані з n- І d-Кварків. Наявність в адроні поряд з n- І d-кварками одного s-, з- або b-кварка означає, що відповідний адрон - "дивний", "зачарований" або "красивий".

Кваркова модель будови адронів підтвердилася в результаті експериментів, проведених наприкінці 60-х – на початку 70-х років. XX ст. Кварки фактично стали розглядатися як нові елементарні частки- істинно елементарні часткидля адронної форми матерії Неспостереження вільних кварків, мабуть, носить важливий характері дає підстави припускати, що вони є тими елементарними частинками, які замикають ланцюг структурних складових речовини Існують теоретичні та експериментальні докази на користь того, що сили, що діють між кварками, не слабшають з відстанню, тобто. для відокремлення кварків один від одного потрібна нескінченно велика енергія або, інакше кажучи, виникнення кварків у вільному стані неможливе. Це робить їх новим типом структурних одиниць речовини. Можливо, що кварки виступають як останній ступіньдроблення матерії.

Короткі історичні відомості

Першою відкритою елементарною частинкоюбув електрон - носій негативного електричного заряду в атомах (Дж. Дж. Томсон, 1897). У 1919 Е. Резерфорд виявив серед частинок, вибитих з атомних ядер, протони. Нейтрони відкриті 1932 Дж.Чедвіком. У 1905 А. Ейнштейн постулював, що електромагнітне випромінювання є потоком окремих квантів (фотонів) і на цій основі пояснив закономірності фотоефекту. Існування як особливого елементарної часткивперше запропонував В. Паулі (1930); електронне

Виразного визначення поняття «елементарна частка» немає; зазвичай вказується лише деякий набір значень фізичних величин, що характеризують ці частинки, та їх деякі дуже важливі відмінні властивості. Елементарні частинки мають:

1) електричний заряд

2) власний моментімпульсу чи спин

3) магнітний момент

4) власну масу – «масу спокою»

Надалі можуть виявитися інші величини, що характеризують частки, тому цей перелік основних властивостейелементарних частинок годі вважати закінченим.

Однак не всі елементарні частинки (список їх наводиться нижче) мають повний комплект зазначених вище властивостей, Деякі з них мають тільки електричний заряд і масу, але не мають спина (заряджені півонії та каони); інші частинки мають масу, спин та магнітний момент, але не мають електричного заряду (нейтрон, лямбда-гіперон); треті - мають лише масу (нейтральні півонії та каони) або тільки спин (фотони, нейтрино). Обов'язковою для елементарних частинок є наявність хоча б однієї з перерахованих вище властивостей. Зауважимо, що найважливіші частинки речовини – прогони та електрони – характеризуються повним комплектом цих властивостей. Необхідно наголосити: електричний заряд і спин є фундаментальними властивостями частинок речовини, тобто їх чисельні значення зберігаються постійними за всіх умов.

ЧАСТИНИ ТА АНТИЧАСТИНИ

У кожної елементарної частки є її протилежність – «античастинка». Маса, спин і магнітний момент частинки та античастинки однакові, але якщо частка має електричний заряд, то її античастка має заряд протилежного знака. У протона, позитрону та антинейтрону магнітні моментиі спини мають однакові, а у електрона, нейтрону та антипротону - протиположні орієнтації.

Взаємодія частки зі своєю античасткою суттєво відрізняється від взаємодії з іншими частинками. Ця відмінність виявляється у тому, що частинка та її античастка здатні до анігіляції, тобто до процесу, внаслідок якого вони зникають, а замість них з'являються інші частинки. Так, наприклад, в результаті анігіляції електрона та позитрону з'являються фотони, протона та антипротону-піони тощо.

ЧАС ЖИТТЯ

Стабільність перестав бути обов'язковою ознакою елементарних частинок. Стабільними є лише електрон, протон, нейтрино та їх античастинки, а також фотони. Інші частинки перетворюються на стабільні або безпосередньо, як це відбувається, наприклад, у нейтрона, або через ланцюжок послідовних перетворень; наприклад, нестабільний негативний півонія спочатку перетворюється на мюон і нейтрино, а потім мюон перетворюється на електрон та інше нейтрино:

Символами позначені «мюонні» нейтрино та антинейтрино, які відрізняються від «електронних» нейтрино та антинейтрино.

Нестабільність частинок оцінюється за тривалістю їх існування від моменту «народження» до моменту розпаду; обидва ці моменти часу відзначаються за треками частинок у вимірювальних установках. При наявності великої кількості спостережень за частинками даного «сорту» обчислюється або «середній час життя» або напівперіод розпаду Припустимо, що в певний момент часу кількість частинок, що розпадаються, одночасно, а в момент це число зробилося рівним Вважаючи, що розпад частинок підпорядковується імовірнісному закону

можна обчислити середній час життя (протягом якого кількість частинок зменшується в раз) і період напіврозпаду

(протягом якого це число зменшується вдвічі).

Цікаво відзначити, що:

1) усі незаряджені частинки, крім нейтрино та фотона, нестабільні (нейтрино та фотони виділяються серед інших елементарних частинок тим, що не мають власної маси спокою);

2) із заряджених частинок тільки електрон та протон (і їх античастинки) є стабільними.

Наведемо список найважливіших частинок (їх число продовжує збільшуватися і в даний час) із зазначенням позначень та основних

властивостей; електричний заряд зазвичай вказується в елементарних одиницяхмаса – в одиницях маси електрона спин – в одиницях

(Див. скан)

КЛАСИФІКАЦІЯ ЧАСТОК

Вивчення елементарних частинок показало, що їх угруповання за значеннями основних властивостей (заряд, маса, спин) недостатня. Виявилося необхідним розділити ці частинки на суттєво різні «родини»:

1) фотони, 2) лептони, 3) мезони, 4) баріони

і ввести нові характеристики частинок, які б показали приналежність даної частинки одному з цих сімейств. Ці характеристики отримали умовну назву зарядів або чисел. Розрізняють три сорти зарядів:

1) лептонно-електронний заряд;

2) лептонно-мюонний заряд

3) баріонний заряд

Цим зарядам надаються числові значення: і -1 (знак плюс мають частинки, мінус - античастинки; фотони та мезони мають нульові заряди).

Елементарні частинки підпорядковуються наступним двом правилам:

кожна елементарна частка належить лише одному сімейству і характеризується лише одним із зазначених вище зарядів (чисел).

Наприклад:

Однак одному сімейству елементарних частинок може належати кілька різних частинок; наприклад, до групи баріонів відносяться протон, нейтрон і велике числогіперонів. Наведемо поділ елементарних частинок на сімейства:

лептони «електронні»: До них відносяться електрон позитрон електронне нейтрино та електронне антинейтрино

лептони «мюонні»: До них відносяться мюони з негативним та позитивним електричним зарядом і мюонні нейтрино та антинейтрино До них відносяться протон, нейтрон, гіперони та всі їх античастинки.

Існування або відсутність електричного заряду не пов'язане з належністю до якогось із перелічених сімейств. Помічено, що це частинки, спин яких дорівнює 1/2, обов'язково мають одне із зазначених вище зарядів. Фотони (мають спин, рівний одиниці), мезони - півонії та каони (спин яких дорівнює нулю) не мають ні лептонних, ні баріонних зарядів.

У всіх фізичних явищах, у яких беруть участь елементарні частки - у процесах розпаду; народження, анігіляції та взаємних перетворень, - дотримується друге правило:

алгебраїчні суми чисел кожного виду заряду окремо завжди зберігаються постійними.

Це правило еквівалентне трьом законам збереження:

Ці закони також означають, що взаємні перетворення між частинками, що належать різним родинам, заборонені.

Для деяких частинок - каонів і гіперонів - виявилося необхідним додатково ввести ще одну характеристику, названу дивним і позначається через каони мають лямбда-і сигма-гіперони - ксі-гіперони - (верхній знак у частинок, нижній - у античасток). У процесах, у яких спостерігається поява (народження) частинок, що мають дивність, дотримується таке правило:

Закон збереження дива. Це означає, що поява однієї дивної частки має обов'язково супроводжуватися появою ще однієї або кількох дивних античасток, щоб алгебраїчна сумачисел до та після

процесу народження залишалася постійною. Помічено також, що з розпаду дивних частинок закон збереження дива не дотримується, т. е. цей закон діє лише у процесах народження дивних частинок. Таким чином, для дивних частинок процеси народження та розпаду необоротні. Наприклад, лямбда-гіперон (дивина дорівнює розпадається на протон і негативний півонія:

У цій реакції закон збереження дивності не дотримується, так як отримані після реакції протон і півонія мають дива, рівні нулю. Однак у зворотній реакції, при зіткненні негативного півонії з протоном, одиночний лямбда-гіперон не з'являється; реакція йде з утворенням двох частинок, що мають дива протилежних знаків:

Отже, у реакції народження лямбда-гіперона закон збереження дива дотримується: до і після реакції алгебраїчна сума «дивних» чисел дорівнює нулю. Відома лише одна реакція розпаду, в якій виконується сталість суми дивних чисел, - це розпад нейтрального сигма-гіперону на лямбда-гіперон і фотон:

Інший особливістю дивних частинок є різке різницю між тривалістю процесів народження (порядку ) і середнім часом існування (близько ); для інших (не дивних) частинок ці часи мають один порядок.

Зауважимо, що необхідність введення лептонних чи баріонних чисел чи зарядів та існування зазначених вище законів збереження змушують припускати, що ці заряди виражають якісну різницю між частинками різних сортів, а також між частинками та античастинками. Та обставина, що часткам та античастинкам необхідно приписати заряди протилежних знаків, вказує на неможливість взаємних перетворень між ними.

У фізиці елементарними частинками називали фізичні об'єкти масштабах ядра атома, які неможливо розділити на складові. Однак, на сьогодні, ученим все ж таки вдалося розщепити деякі з них. Структуру та властивості цих дрібних об'єктів вивчає фізика елементарних частинок.

Про найменші частинки, що становлять всю матерію, було відомо ще в давнину. Проте, основоположниками так званого «атомізму» прийнято вважати філософа Стародавню ГреціюЛевкіппа та його більше відомого учня- Демокрита. Передбачається, що другий і запровадив термін «атом». З давньогрецького «atomos» перекладається як «неподільний», що визначає погляди давніх філософів.

Пізніше стало відомо, що атом все ж таки можна розділити на два фізичні об'єкти – ядро ​​та електрон. Останній згодом і став першою елементарною часткою, коли в 1897-му році англієць Джозеф Томсон провів експеримент з катодними променями і виявив, що вони являють собою потік однакових частинок з однаковою масою та зарядом.

Паралельно з роботами Томсона, який займається дослідженням рентгенівського випромінюванняАнрі Беккерель проводить досліди з ураном та відкриває новий видвипромінювання. У 1898 році французька пара фізиків – Марія та П'єр Кюрі вивчають різні радіоактивні речовини, виявляючи те саме радіоактивне випромінювання. Пізніше буде встановлено, що воно складається з альфа (2 протони та 2 нейтрони) та бета-часток (електрони), а Беккерель та Кюрі отримають Нобелівську премію. Проводячи свої дослідження з такими елементами як уран, радій та полоній, Марія Склодовська-Кюрі не вживала жодних заходів безпеки, у тому числі не використовувала навіть рукавички. Як наслідок у 1934 році її наздогнала лейкемія. На згадку про досягнення великого вченого, відкритий парою Кюрі елемент, полоній, було названо на честь батьківщини Марії – Polonia, з латинського – Польща.

Фотографія з V Сольвіївського конгресу 1927 рік. Спробуйте знайти всіх вчених з цієї статті на даному фото.

Починаючи з 1905 року, Альберт Ейнштейн присвячує свої публікації недосконалості. хвильової теоріїсвітла, постулати якої розходилися з наслідками експериментів. Що згодом привело видатного фізика до ідеї про «світловий квант» — порцію світла. Пізніше, 1926-го року, він був названий як «фотон», у перекладі з грецького «phos» («світло»), американським фізіохіміком — Гілбертом М. Льюїсом.

У 1913 році Ернест Резерфорд, британський фізик, ґрунтуючись на результатах вже проведених на той час експериментів, зазначив, що маси ядер багатьох хімічних елементівкратні масі ядра водню. Тому він припустив, що ядро ​​водню є складовою ядер інших елементів. У своєму експерименті Резерфорд опромінював альфа-частинками атом азоту, який у результаті випромінював якусь частинку, названу Ернестом як «протон», з ін. грецького «протос» (перший, основний). Пізніше експериментально підтверджено, що протон – це ядро ​​водню.

Очевидно, протон не єдина складова частина ядер хімічних елементів. До такої думки наводить той факт, що два протони в ядрі відштовхувалися б, і атом миттєво розпадався. Тому Резерфорд висунув гіпотезу про наявність ще однієї частинки, що має масу, рівну масіпротона, але незаряджена. Деякі досліди вчених щодо взаємодії радіоактивних і легших елементів призвели їх до відкриття ще одного нового випромінювання. У 1932 році Джеймс Чедвік визначив, що воно складається з тих самих нейтральних частинок, які назвав нейтронами.

Таким чином, були відкриті найвідоміші частки: фотон, електрон, протон та нейтрон.

Далі відкриття нових суб'ядерних об'єктів ставали дедалі частіше подією, і на Наразівідомо близько 350 частинок, які прийнято вважати «елементарними». Ті з них, які досі не вдалося розщепити, вважаються безструктурними та називаються «фундаментальними».

Що таке спін?

Перш ніж переходити до подальших інновацій у галузі фізики, слід визначитися з характеристиками всіх частинок. До найвідоміших, крім маси та електричного заряду, відноситься також і спин. Ця величинаназивається інакше як «власний момент імпульсу» і аж ніяк не пов'язана із переміщенням суб'ядерного об'єкта як цілого. Вченим вдалося виявити частинки зі спином 0, ½, 1, 3/2 та 2. Щоб уявити наочно, хоч і спрощено, спин, як властивість об'єкта, розглянемо наступний приклад.

Нехай предмет має спин рівний 1. Тоді такий об'єкт при повороті на 360 градусів повернеться у вихідне положення. На площині цим предметом може бути олівець, який після розвороту на 360 градусів опиниться в вихідному положенні. У випадку з нульовим спином, при будь-якому обертанні об'єкта він виглядатиме завжди однаково, наприклад, однокольоровий м'ячик.

Для спина ? потрібно предмет, що зберігає свій вигляд при розвороті на 180 градусів. Їм може бути той самий олівець, тільки симетрично нагострений з обох боків. Спин рівний 2 вимагатиме збереження форми при повороті на 720 градусів, а 3/2 - 540.

Ця характеристика має дуже велике значеннядля фізики елементарних частинок.

Стандартна модель частинок та взаємодій

Маючи значний набір мікрооб'єктів, що становлять навколишній світ, вчені вирішили їх структурувати, так утворилася відома всім теоретична конструкція під назвою « Стандартна модель». Вона описує три взаємодії та 61 частку за допомогою 17-ти фундаментальних, деякі з яких були нею передбачені задовго до відкриття.

Три взаємодії такі:

• Електромагнітний. Воно відбувається між електрично зарядженими частинками. У простому випадку, Відомий зі школи, - різноіменно заряджені об'єкти притягуються, а однойменно - відштовхуються. Відбувається це за допомогою так званого переносника електромагнітної взаємодії - фотона.
• Сильна, інакше – ядерна взаємодія. Як зрозуміло з назви, його дія поширюється на об'єкти порядку ядра атома, він відповідає за тяжіння протонів, нейтронів та інших частинок, що також складаються з кварків. Сильне взаємодія переноситься з допомогою глюонів.
• Слабке. Діє на відстанях у тисячу менших за розмір ядра. У такій взаємодії беруть участь лептони та кварки, а також їх античастинки. У цьому разі слабкого взаємодії можуть перетворюватися друг в друга. Переносниками є бозони W+, W− та Z0.

Так Стандартна модель сформувалася в такий спосіб. Вона включає шість кварків, з яких складаються всі адрони (частки, схильні до сильної взаємодії):

• Верхній (u);
• Зачарований (c);
• Істинний (t);
• Нижній (d);
• Дивний (s);
• Чарівний (b).

Видно, що епітетів фізикам не позичати. Інші 6 частинок – лептони. Це фундаментальні часткизі спином ½, які не беруть участь у сильній взаємодії.

• Електрон;
• Електронне нейтрино;
• Мюон;
• Мюонне нейтрино;
• Тау-лептон;
• Тау-нейтріно.

А третьою групою Стандартної моделі є калібрувальні бозони, які мають рівний спин 1 і видаються переносниками взаємодій:

• Глюон – сильне;
• Фотон – електромагнітне;
• Z-бозон – слабке;
• W-бозон – слабке.

До них також відноситься і недавно виявлений частинка зі спином 0, яка, спрощено кажучи, наділяє всі інші суб'ядерні об'єкти інертною масою.

В результаті, згідно зі Стандартною моделлю, наш світ виглядає таким чином: вся речовина складається з 6 кварків, що утворюють адрони, та 6 лептонів; всі ці частинки можуть брати участь у трьох взаємодіях, переносниками яких є калібрувальні бозони.

Недоліки Стандартної моделі

Проте, ще до відкриття бозона Хіггса – останньої частки, яку передбачала Стандартна модель, вчені вийшли за її межі. Яскравим прикладомтому є т.зв. «гравітаційна взаємодія», яка сьогодні перебуває нарівні з іншими. Імовірно, його переносником є ​​частка зі спином 2, яка не має маси, і яку фізикам ще не вдалося виявити — «гравітон».

Більш того, Стандартна модель описує 61 частинку, а на сьогоднішній день людству відомо вже понад 350 частинок. Це означає, що на досягнутому роботу фізиків-теоретиків не закінчено.

Класифікація частинок

Щоб спростити собі життя, фізики згрупували всі частки залежно від особливостей їхньої будови та інших характеристик. Класифікація буває за такими ознаками:

• Час життя.
  1. Стабільні. У тому числі протон і антипротон, електрон і позитрон, фотон, і навіть гравітон. Існування стабільних частинок не обмежена часом, доки вони перебувають у вільному стані, тобто. не взаємодіють із чимось.
  2. Нестабільні. Всі інші частки через деякий час розпадаються на свої складові, тому називаються нестабільними. Наприклад, мюон живе лише 2,2 мікросекунди, а протон — 2,9 10*29 років, після чого може розпастися на позитрон і нейтральний півонія.
• Маса.
  1. Безмасові елементарні частинки, яких лише три: фотон, глюон та гравітон.
  2. Масивні частинки – решта.
• Значення спини.
  1. Цілий спин, у т.ч. нульовий, мають частинки, які називаються бозонами.
  2. Частинки з напівцілим спином – ферміони.
• Участь у взаємодію.
  1. Адрони (структурні частки) – суб'ядерні об'єкти, що беруть участь у всіх чотирьох типах взаємодій. Раніше згадувалося, що вони складаються із кварків. Адрони поділяються на два підтипи: мезони (цілий спин, є бозонами) та баріони (напівцілий спин - ферміони).
  2. Фундаментальні (безструктурні частки). До них відносяться лептони, кварки та калібрувальні бозони (читайте раніше – «Стандартна модель…»).

Ознайомившись із класифікацією всіх частинок, можна, наприклад, точно визначити деякі з них. Так нейтрон є ферміоном, адроном, а точніше баріоном і нуклоном, тобто має напівцілий спин, складається з кварків і бере участь у 4-х взаємодіях. Нуклон же – це загальна назва для протонів та нейтронів.

• Цікаво, що противники атомізму Демокріта, який передбачав існування атомів, заявляли, що будь-яка речовина у світі ділиться нескінченно. Якоюсь мірою вони можуть виявитися правими, оскільки вченим вже вдалося поділити атом на ядро ​​та електрон, ядро ​​на протон і нейтрон, а їх у свою чергу на кварки.
• Демокріт припускав, що атоми мають чітку геометричну форму, і тому «гострі» атоми вогню – обпалюють, шорсткі атоми твердих тіл міцно скріплюються своїми виступами, а гладкі атоми води прослизають при взаємодії, інакше – течуть.
• Джозеф Томсон склав власну модель атома, який представлявся йому як позитивно заряджене тіло, в яке ніби «устромлені» електрони. Його модель отримала назву «пудинг із ізюмом» (Plum pudding model).
• Кварки отримали свою назву завдяки американському фізикуМюррею Гелл-Манну. Вчений хотів використати слово, схоже на звук крякання качки (kwork). Але в романі Джеймса Джойса «Поминки по Фіннегану» зустрів слово «quark», у рядку «Три кварки для містера Марка!», сенс якого точно не визначений і можливо, що Джойс використовував його просто для рими. Мюррей вирішив назвати частки цим словом, оскільки на той час було відомо лише три кварки.
• Хоча фотони, частинки світла є безмасовими, поблизу чорної дірки, здається, що вони змінюють свою траєкторію, притягуючись до неї за допомогою гравітаційної взаємодії. Насправді ж надмасивне тіло викривляє простір-час, через що будь-які частинки, у тому числі й не мають маси, змінюють свою траєкторію у бік чорної діри (див. ).
• Великий адронний колайдер саме тому «адронний», що стикає два спрямовані пучки адронів, частинок розмірами порядку ядра атома, які беруть участь у всіх взаємодіях.