Просмотр кода страницы Элементарная частица

{{redirect|Элементарные частицы}}
{{Таблица элементарных частиц|450}}
[[Файл:Standard Model of Elementary Particles ru.svg|thumb|450px|right|[[Стандартная модель]] элементарных частиц]]
'''Элемента́рная части́ца''' — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые на данный момент ''на практике'' невозможно расщепить на составные части<ref>{{начало цитаты}}Что означает «элементарная частица»? Автор в затруднении ответить на этот вопрос; термин «элементарная частица» скорее относится к уровню наших знаний.{{конец цитаты}}[[Ферми, Энрико|Ферми Э.]] Лекции по атомной физике // М: ИЛ, 1952. — С. 9.</ref>.

Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы ([[электрон]], [[нейтрино]], [[кварк]]и {{итд}}) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные ''[[фундаментальная частица|фундаментальные частицы]]''<ref>{{начало цитаты}}Вообще можно сказать, что на каждом этапе развития науки мы называем элементарными те частицы, строения которых не знаем и которые рассматриваем как точечные.{{конец цитаты}}[[Ферми, Энрико|Ферми Э.]] Лекции по атомной физике // М: ИЛ, 1952. — С. 9.</ref>. Другие элементарные частицы (так называемые ''составные частицы'', в том числе частицы, составляющие ядро [[атом]]а — [[протон]]ы и [[нейтрон]]ы) имеют сложную внутреннюю структуру, но тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно по причине эффекта [[конфайнмент]]а.

Всего вместе с [[античастица]]ми открыто более 350 элементарных частиц. Из них стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются по экспоненциальному закону с [[время жизни элементарных частиц|постоянной времени]] от приблизительно 880 секунд (для свободного [[нейтрон]]а) до ничтожно малой доли [[Секунда|секунды]] (от 10<sup>−24</sup> до 10<sup>−22</sup> с для [[Резонансы|резонансов]]).

Строение и поведение элементарных частиц изучается [[физика элементарных частиц|физикой элементарных частиц]].

Все элементарные частицы подчиняются [[Принцип тождественности|принципу тождественности]] (все элементарные частицы одного вида во Вселенной полностью одинаковы по всем своим свойствам) и [[Корпускулярно-волновой дуализм|принципу корпускулярно-волнового дуализма]] (каждой элементарной частице соответствует [[Волны де Бройля|волна де-Бройля]]).

Все элементарные частицы обладают свойством взаимопревращаемости, являющегося следствием их взаимодействий: сильного, электромагнитного, слабого, гравитационного. Взаимодействия частиц вызывают превращения частиц и их совокупностей в другие частицы и их совокупности, если такие превращения не запрещены [[закон сохранения энергии|законами сохранения энергии]], импульса, момента импульса, электрического заряда, барионного заряда и др.

'''Основные характеристики элементарных частиц:''' [[Время жизни элементарных частиц|время жизни]], [[масса]], [[спин]], [[электрический заряд]], [[магнитный момент]], [[барионный заряд]], [[Лептонное число|лептонный заряд]], [[странность]], [[Очарование (квантовое число)|очарование]], [[Прелесть (квантовое число)|прелесть]], [[Истинность (квантовое число)|истинность]], [[изотопический спин]], [[Чётность (физика)|чётность]], [[зарядовая чётность]], [[G-чётность]], [[CP-чётность]], [[T-чётность]], [[R-чётность]], [[P-чётность]].

== Классификация ==

=== По времени жизни ===
Все элементарные частицы делятся на два класса:
* [[Стабильные элементарные частицы]] — частицы, имеющие бесконечно большое время жизни в свободном состоянии ([[протон]], [[электрон]], [[нейтрино]], [[фотон]], [[гравитон]] и их античастицы).
* [[Нестабильные элементарные частицы]] — частицы, распадающиеся на другие частицы в свободном состоянии за конечное время (все остальные частицы).

=== По массе ===
Все элементарные частицы делятся на два класса:
* [[Безмассовые частицы]] — частицы с нулевой массой ([[фотон]], [[глюон]]).
* Частицы с ненулевой массой (все остальные частицы).

=== По величине [[спин]]а ===
Все элементарные частицы делятся на два класса:
* [[бозон]]ы — частицы с целым спином<ref name="nuclphys1">{{Cite web |url=http://nuclphys.sinp.msu.ru/nucmodl/nml01.htm |title=Фундаментальные частицы и взаимодействия |access-date=2015-03-01 |archive-date=2017-05-09 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170509172732/http://nuclphys.sinp.msu.ru/nucmodl/nml01.htm |url-status=live }}</ref> (например, [[фотон]], [[глюон]], [[мезон]]ы, [[бозон Хиггса]]);
* [[фермион]]ы — частицы с полуцелым спином<ref name="nuclphys1" /> (например, [[электрон]], [[протон]], [[нейтрон]], [[нейтрино]]).

=== По видам взаимодействий ===
Элементарные частицы делятся на следующие группы:

==== Составные частицы ====
* [[Адрон]]ы — частицы, участвующие во всех видах [[фундаментальные взаимодействия|фундаментальных взаимодействий]]. Они состоят из [[кварк]]ов и подразделяются, в свою очередь, на:
** [[мезон]]ы — адроны с целым [[спин]]ом, то есть являющиеся [[бозон]]ами;
** [[барион]]ы — адроны с полуцелым спином, то есть [[фермион]]ы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро [[атом]]а, — [[протон]] и [[нейтрон]].

==== Фундаментальные (бесструктурные) частицы ====
{{main|Фундаментальная частица}}
* [[Лептон]]ы — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10<sup>−18</sup> м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов ([[электрон]]ы, [[мюон]]ы, [[тау-лептон]]ы) и не наблюдалось для [[нейтрино]]. Известны 6 типов лептонов.
* [[Кварк]]и — дробно заряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм [[конфайнмент]]а). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.
* [[калибровочный бозон|Калибровочные бозоны]] — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:
** [[фотон]] — частица, переносящая [[электромагнитное взаимодействие]];
** восемь [[глюон]]ов — частиц, переносящих [[сильное взаимодействие]];
** три [[W- и Z-бозоны|промежуточных векторных бозона]] ''W''<sup>+</sup>, ''W''<sup>−</sup> и ''Z''<sup>0</sup>, переносящие [[слабое взаимодействие]];
** [[гравитон]] — гипотетическая частица, переносящая [[Гравитация|гравитационное взаимодействие]]. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в [[Стандартная модель|Стандартную модель элементарных частиц]].

[[Адрон]]ы и лептоны образуют [[вещество]]. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует [[Бозон Хиггса|хиггсовский бозон]], предсказанный в 1964 году и обнаруженный в 2012 году на [[Большой адронный коллайдер|Большом адронном коллайдере]].

== Размеры элементарных частиц ==
{{main|Размер элементарной частицы}}

Несмотря на большое разнообразие элементарных частиц, их размеры укладываются в две группы. Размеры адронов (как барионов, так и мезонов) составляют около {{nobr|10<sup>−15</sup> м}}, что близко к среднему расстоянию между входящими в них кварками. Размеры фундаментальных, бесструктурных частиц — калибровочных бозонов, кварков и лептонов — в пределах погрешности эксперимента согласуются с их точечностью (верхний предел диаметра составляет около {{nobr|10<sup>−18</sup> м}}) (''[[Размер элементарной частицы#Точечность|см. пояснение]]''). Если в дальнейших экспериментах окончательные размеры этих частиц не будут обнаружены, то это может свидетельствовать о том, что размеры калибровочных бозонов, кварков и лептонов близки к [[Фундаментальная длина|фундаментальной длине]] (которая весьма вероятно{{sfn|А. М. Прохоров. Физическая энциклопедия||loc= статья «Фундаментальная длина» ([http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4429.html электронная версия])}} может оказаться [[Планковская длина|планковской длиной]], равной 1,6·10<sup>−35</sup> м).

Следует отметить, однако, что размер элементарной частицы является достаточно сложной концепцией, не всегда согласующейся с классическими представлениями. Во-первых, [[принцип неопределённости]] не позволяет строго локализовать физическую частицу. [[Волновой пакет]], представляющий частицу как [[Квантовая суперпозиция|суперпозицию]] точно локализованных [[Квантовое состояние|квантовых состояний]], всегда имеет конечные размеры и определённую пространственную структуру, причём размеры пакета могут быть вполне макроскопическими — например, электрон в эксперименте с [[Опыт Юнга|интерференцией на двух щелях]] «чувствует» обе щели интерферометра, разнесённые на макроскопическое расстояние. Во-вторых, физическая частица меняет структуру [[физический вакуум|вакуума]] вокруг себя, создавая «шубу» из кратковременно существующих [[Виртуальная частица|виртуальных частиц]] — [[рождение пар|фермион-антифермионных пар]] (см. [[Поляризация вакуума]]) и бозонов-переносчиков взаимодействий. Пространственные размеры этой области зависят от [[Заряд (физика)|калибровочных зарядов]], которыми обладает частица, и от масс промежуточных бозонов (радиус оболочки из массивных виртуальных бозонов близок к их [[Комптоновская длина волны|комптоновской длине волны]], которая, в свою очередь, обратно пропорциональна их массе). Так, радиус электрона с точки зрения нейтрино (между ними возможно только слабое взаимодействие) примерно равен комптоновской длине волны [[W-бозон]]ов, {{nobr|~3×10<sup>−18</sup> м}}, а размеры области сильного взаимодействия адрона определяются комптоновской длиной волны легчайшего из адронов, [[пи-мезон]]а ({{nobr|~10<sup>−15</sup> м}}), выступающего здесь как переносчик взаимодействия.

== История ==
Первоначально термин «элементарная частица» подразумевал нечто абсолютно элементарное, первокирпичик [[Материя (физика)|материи]]. Однако, когда в 1950-х и 1960-х годах были открыты сотни [[адрон]]ов с похожими свойствами, стало ясно, что по крайней мере адроны обладают внутренними степенями свободы, то есть не являются в строгом смысле слова элементарными. Это подозрение в дальнейшем подтвердилось, когда выяснилось, что адроны состоят из [[кварк]]ов.

Таким образом, физики продвинулись ещё немного вглубь строения вещества: самыми элементарными, точечными частями вещества сейчас считаются [[лептон]]ы и кварки. Для них (вместе с калибровочными бозонами) применяется термин «[[Фундаментальная частица|'''фундаментальные''' частицы»]].

В активно разрабатываемой примерно с середины [[1980-е|1980-х]] [[теория струн|теории струн]] предполагается, что элементарные частицы и их взаимодействия являются следствиями различных видов колебаний особо малых «струн».

== Стандартная модель ==
{{main|Стандартная модель}}
Стандартная модель элементарных частиц включает в себя 12 [[Аромат (физика)|ароматов]] фермионов, соответствующие им античастицы, а также калибровочные бозоны ([[фотон]], [[глюон]]ы, [[W- и Z-бозоны|''W''- и ''Z''-бозоны]]), которые переносят взаимодействия между частицами, и обнаруженный в 2012 году [[бозон Хиггса]], отвечающий за наличие инертной массы у частиц. Однако Стандартная модель в значительной степени рассматривается скорее как теория временная, а не действительно фундаментальная, поскольку она не включает в себя гравитацию и содержит несколько десятков свободных параметров (массы частиц и т. д.), значения которых не вытекают непосредственно из теории. Возможно, существуют элементарные частицы, которые не описываются Стандартной моделью — например, такие, как [[гравитон]] (частица, гипотетически переносящая гравитационные силы) или [[суперсимметрия|суперсимметричные]] партнёры обычных частиц. Всего модель описывает 61 частицу<ref>[http://elementy.ru/lib/432638 Половинка от магнита] // «Популярная механика» № 2, 2015 ([http://web.archive.org/web/20150607223136/http://elementy.ru/lib/432638 Архив])</ref>.

=== Фермионы ===
{{main|Фермион}}
12 ароматов фермионов разделяются на 3 семейства ([[Поколение (физика элементарных частиц)|поколения]]) по 4 частицы в каждом. Шесть из них — [[кварк]]и. Другие шесть — [[лептон]]ы, три из которых являются [[нейтрино]], а оставшиеся три несут единичный отрицательный заряд: [[электрон]], [[мюон]] и [[тау-лептон]].

{| width="900px" class="wikitable" style="text-align:center;"
|+ '''''Поколения частиц'''''
|-
! ''Первое поколение''|| ''Второе поколение''|| ''Третье поколение''
|-
| [[Электрон]]: ''e<sup>−</sup>''|| [[Мюон]]: ''μ<sup>−</sup>''|| [[Тау-лептон]]: ''τ<sup>−</sup>''
|-
| [[Электронное нейтрино]]: ''ν<sub>e</sub>''|| [[Мюонное нейтрино]]: ''ν<sub>μ</sub>''|| [[Тау-нейтрино]]: <math> \nu_\tau </math>
|-
| [[u-кварк]] («верхний»): ''u''|| [[c-кварк]] («очарованный»): ''c'' || [[t-кварк]] («истинный»): ''t''
|-
| [[d-кварк]] («нижний»): ''d''|| [[s-кварк]] («странный»): ''s''|| [[b-кварк]] («прелестный»): ''b''
|}

==== Античастицы ====
{{main|Античастицы}}
Также существуют 12 фермионных античастиц, соответствующих вышеуказанным двенадцати частицам.
{| width="900px" class="wikitable" style="text-align:center;"
|+ '''''Античастицы'''''
|-
! ''Первое поколение''|| ''Второе поколение''|| ''Третье поколение''
|-
| [[позитрон]]: ''e<sup>+</sup>''|| Положительный мюон: ''μ<sup>+</sup>''|| Положительный тау-лептон: ''τ<sup>+</sup>''
|-
| Электронное антинейтрино: <math> \bar{\nu}_e </math>|| Мюонное антинейтрино: <math> \bar{\nu}_\mu </math>|| Тау-антинейтрино: <math> \bar{\nu}_\tau </math>
|-
| ''u''-антикварк: <math> \bar{u} </math>|| ''c''-антикварк: <math> \bar{c} </math>|| ''t''-антикварк: <math> \bar{t} </math>
|-
| ''d''-антикварк: <math> \bar{d} </math>|| ''s''-антикварк: <math> \bar{s} </math>|| ''b''-антикварк: <math> \bar{b} </math>
|}

==== Кварки ====
{{main|Кварк}}
Кварки и антикварки никогда не были обнаружены в свободном состоянии — это объясняется явлением [[конфайнмент]]а. На основании симметрии между лептонами и кварками, проявляемой в [[электромагнитное взаимодействие|электромагнитном взаимодействии]], выдвигаются гипотезы о том, что эти частицы состоят из более фундаментальных частиц — [[преон]]ов.

== Неизвестные частицы ==
По мнению большинства физиков, существуют неизвестные доселе типы частиц, из которых состоит [[тёмная материя]]{{sfn|Krauss|2018|loc=| с= 386|name=}}

== См. также ==
{{кол}}
* [[Список частиц]]
* [[Фундаментальная частица]]
* [[Фундаментальные взаимодействия]]
* [[Физика высоких энергий]]
* [[Физика элементарных частиц]]
* [[Физика за пределами Стандартной модели]]
* [[Теория струн]]
{{кол|конец}}

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга|автор= Лоуренс Краусс |заглавие= Почему мы существуем. Величайшая из когда-либо рассказанных историй |оригинал=  Krauss. The Greatest Story Ever Told - So Far: Why Are We Here?|издательство=Альпина Нон-фикшн  |год= 2018|место = М.|серия= |cтраниц= 420 |isbn= 978-5-91671-948-2|ref= Krauss}}
* {{книга |автор=Главный редактор [[Прохоров, Александр Михайлович|А. М. Прохоров]]. |заглавие=[[Физическая энциклопедия]] |издание= |ссылка=http://www.femto.com.ua/index1.html |место=М. |издательство=[[Советская энциклопедия]] |год= |isbn= |ref=А. М. Прохоров. Физическая энциклопедия }}

== Ссылки ==
* [http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/hist.htm Хроника открытий в физике ядра и частиц], подготовленная сотрудниками [[Физический факультет МГУ|физического факультета]] [[Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова|МГУ им М. В. Ломоносова]]
* [http://www.scientific.ru/spark/ Физика элементарных частиц] на ''Scientific.ru''
* [http://pdg.lbl.gov/2011/listings/contents_listings.html Полная таблица элементарных частиц], подготовленная Particle Data Group{{ref-en}}
* [http://psj.nsu.ru/lector/serednyakov/ Физика элементарных частиц — в мире, в ИЯФ, на кафедре ФЭЧ]
* [http://www.bbc.co.uk/russian/science/2012/07/120705_poetry_of_particles.shtml Имена: поэзия элементарных частиц]{{ref-en}}

{{ВС}}
{{Частицы}}

{{interwiki extra|qid=Q43116}}

[[Категория:Элементарные частицы| ]]