Свойства элементарных частиц

Каждая частица описывается набором физических величин — квантовых чисел, определяющих ее свойства. Наиболее часто употребляемые характеристики частиц следующие.

Масса частицы т. Массы частиц меняются в широких пределах: от 0 (фотон) до 90 ГэВ (Z-бозон). Z-бозон — наиболее тяжелая из известных частиц. Однако могут существовать и более тяжелые частицы. Массы адронов зависят от типов входящих в их состав кварков, а также от их спиновых состояний.

Время жизни т. В зависимости от времени жизни частицы делятся на стабильные частицы, имеющие относительно большое время жизни, и нестабильные.

К стабильным частицам относят частицы, распадающиеся по слабому или электромагнитному взаимодействию. Деление частиц на стабильные и нестабильные условно. Поэтому к стабильным частицам принадлежат такие частицы, как электрон, протон, для которых в настоящее время распады не обнаружены, так и я°-мезон, имеющий время жизни т = 0,8−10^-16 с.

К нестабильным частицам относят частицы, распадающиеся в результате сильного взаимодействия. Их обычно называют резонансами. Характерное время жизни резонансов — 10~²³… КГ²⁴ с.

Спин J. Величина спина измеряется в единицах h и может принимать нулевые, полуцелые и целые значения. Например, спин л-, А*-мсзонов равен 0, спин электрона, мюона — ¹А, спин фотона равен 1. Существуют частицы и с большим значением спина. Частицы с полуцелым спином подчиняются статистике Ферми — Дирака, с целым спином — Бозе — Эйнштейна.

Электрический заряд q. Электрический заряд является целой кратной величиной от е= 1,6−10^-19 Кл, называемой элементарным электрическим зарядом. Частицы могут иметь заряды 0, ±1, ±2.

Внутренняя четность Р. Квантовое число Р характеризует свойство симметрии волновой функции относительно пространственных отражений. Квантовое число Р имеет значения +1,-1.

Наряду с общими для всех частиц характеристиками используют также квантовые числа, которые приписывают только отдельным группам частиц.

Квантовые числа: барионное число В, странность s, очарование (charm) с, красота (bottomness, или beauty) b, верхний (topness) t, изотопический спин I приписывают только сильно взаимодействующим частицам — адронам.

Ленточные числа: L_e, Lц, L_T. Лептонные числа приписывают частицам, образующим группу леитонов. Лептоны е, ц и т участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Лептоны v_e, v" и v_T — только в слабых взаимодействиях. Лептонные числа имеют значения L_e, L_z = 0, +1, -1. Например, е", электронное нейтрино имеют Ь_е =+1; е*, v_e имеют L_e = - 1. Все адроны имеют L_e = L_(i = L_x = 0.

Барионное число В. Барионнос число имеет значение 2? = 0, +1, -1. Барионы, например /?, /?, A, Е, нуклонные резонансы имеют барионное число /? = + 1. Мезоны, мезонные резонансы имеют В = 0, антибарионы имеют В = -1.

Странность s. Квантовое число лможет принимать значения -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 и определяется кварковым составом адронов. Например, гипероны А, Е имеют s = -;FT-, KT-мезоны имеют s = +1.

Charm с. Квантовое число с может принимать значения -3, -2, —1, О, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружены частицы, имеющие с = 0, +1 и -1. Например, барион А* имеет с = +1.

Bottomness h. Квантовое число b может принимать значения -3, -2, —1, 0, +1, +2, +3. В настоящее время обнаружены частицы, имеющие 6 = 0, +1, -1. Например, В'-мезон имеет 6 = +1.

Topness t. Квантовое число t может принимать значения -3, -2,-1, 0, + 1, +2, +3. В настоящее время обнаружено всего одно состояние с /= + 1.

Изоспин /. Сильно взаимодействующие частицы можно разбить на группы частиц, обладающих схожими свойствами (одинаковое значение спина, четности, барионного числа, странности и др. квантовых чисел, сохраняющихся в сильных взаимодействиях), — изотопические мультиплеты. Величина изоспина / определяет число частиц, входящих в один изотопический мультиплет; пир составляют изотопический дуплет 7=½; Е⁺, Е", Е° входят в состав изотопического триплета 1=1; А — изотопический синглет 1=0; число частиц, входящих в один изотопический мультиплет, составляет 2/ + 1.

G-четность - это квантовое число, соответствующее симметрии относительно одновременной операции зарядового сопряжения и изменения знака третьего компонента изоспина. G-четность сохраняется только в сильных взаимодействиях.