30. Полуфеноменологическая систематика и характеристики частиц

Что такое элементарные частицы.

Элементарная частица – субъядерная частица, даже те из них, которые заведомо являются составными.

Классификация частиц:

по отношению к сильному взаимодействию;

Адроны – частицы, участвующие в сильном взаимодействии.

Аденоны (этот термин почти не употребляется) – частицы, не участвующие в сильном взаимодействии.

по временам жизни;

Стабильные – частицы с временем жизни >=10^(-23).

Резонансы – короткоживущие частицы с временем жизни ~ 10^(-23).

Стабильные (метастабильные) распадаются за счет слабого или электромагнитного взаимодействия, но они полностью стабильны по отношению к сильному взаимодействию. Резонансы распадаются за счет сильного взаимодействия и ими могут быть только адроны. В стабильной частице совершается не менее 10^4 внутренних процессов, а в нестабильном порядка одного.

по типу статистики;

Бозоны – частицы, подчиняющиеся статистике Бозе-Эйнштейна: P_ab*пси=пси

Фермионы – частицы, подчиняющиеся статистике Ферми-Дирака: P_ab*пси= –пси.

по изомультиплетам.

В процессах, обусловленных только сильным взаимодействием, частицы разбиваются на отдельные изомультиплеты.

Изомультиплет – небольшое семейств частиц, члены которого тождественны по отношению сильному взаимодействию, а все различия они обретают за счет э/м взаимодействия.

Признак принадлежности частиц к одному изомультиплету – приближенное равенство их масс при разных значениях электрического заряда.

Для частиц, не участвующих в сильном взаимодействии аналогом изомультиплетной структуры является лептонный дуплет, каждый из которых содержит одну заряженную частицу и ей соответствующее нейтрино.

Полуфеноменологическая систематика частиц получается пересечением классификационных признаков:

Все частицы разделяются по участию в сильном взаимодействии. Адроны подразделяются на стабильные и резонансы. По статистике адроны расщепляются на мезоны, барионы, мезонные резонансы и барионные резонансы. Фермионы, не участвующие в сильном взаимодействии, составляют класс лептонов. Бозоны, не участвующие в сильном взаимодействии и имеющие нулевую массу, являются квантами классических полей. Классы частиц разбиваются на небольшие семейства: фотон, гравитон, лептонные дуплеты, адронные изомультиплеты. В семейства входят отдельные «виды» - конкретные частицы. Каждому виду отвечает свой «антивид» - античастица.

Характеристики частиц:

Геометрические: Масса;

М измеряется мегаэлектронвольтах или гигаэлектронвольтах в соответствии с формулой Эйнштейна: Е=mc^2  Масса имеет динамическое происхождение, а потому не может служить основным классификационным признаком.

Спин;

J измеряется в единицах h_ и определяет собственный момент импульса частицы. Известные частицы имеют спин от 0 до 11/2. Спин важная частица. Для покоящейся частицы только вектор спина задает выделенное направление. Спин однозначно определяет тип статистики. Все частицы с целыми спинами – бозоны, все частицы с полуцелыми спинами – фермионы.

пространственная четность.

Etta_p – определяет поведение волновой функции частицы относительно пространственной инверсии. Также существует и другие четности, не только пространственные. В частности etta_0 – внутренняя пространственная четность. Именно о ней идет речь, когда говорят о квантовых числах.

У всех стабильных бозонов, кроме гравитона, пространственная четность отрицательна, а среди мезонных резонансов имеются частицы, как с отрицательной, так и с положительной четностью. У всех барионов пространственная четность положительна, а у всех антибарионов – отрицательна; среди барионных резонансов имеются частицы с разыми значениями четности. Для лептонов понятие четности обычно не вводятся.

внутренние.

Э/м моменты частиц, не являются «чисто» внутренними квантовыми числами, они являются смешанным типом и имеют динамическую природу.

Электрический заряд - q - измеряется в единицах элементарного заряда е. Для всех непосредственно наблюдаемых частиц он принимает целочисленные значения (для большинства частиц по АВС 0 или 1).

Магнитный моментmu - характеризует взаимодействие покоящейся частицы с внешним магнитным полем и обычно измеряется в единицах соответствующего магнетона. Магнитный момент имеет динамическое происхождение и не может служить первичным классификационным признаком.

Лептонный зарядL - по определению равен +1 для лептонов и -1 для антилептонов, 0 для остальных частиц. В настоящее время существуют его разновидности электронный заряд L_e, мюонный заряд L_mu и таонный заряд L_tau, причем L=L_e+L_mu+L_tau.

Барионный заряд – В - по определению +1 для барионов, -1 для антибарионов, 0 для остальных частиц. Барионный заряд, как и лептонный, является аддитивным квантовым числом, и применительно к атомным ядрам называется массовым числом А.

Изоспин – Т - приписывается изомультиплету в целом и определяет число его членов N из формулы: N=2T+1 В этом отношении Изоспин Т аналогичен спину J, который определяет число различных спиновых состояний, равное 2J+1 и называемое в атомной физике мультиплетностью терма. Изоспин может принимать только целые и полуцелые значения, они лежат в пределах от 0 до 3/2.

Проекция изоспина – Т_3 - различает отдельные члены изомультиплета. Приобретает значение от –Т до +Т через единицу в порядке возрастания электрического заряда.

СтранностьS - вводится так, чтобы электрические заряды странных частиц удовлетворяли соотношению Гелл-Манна – Нишиджимы:

Q=T_3+(1/2)*(B+S)

Первоначально значения S были приписаны странным частицам чисто эмпирически для объяснения с помощью соответствующего закона сохранения особенностей их поведения.

ГиперзарядY - для обычных и странных частиц вводится определением:

Y=B+S

С учетом соотношения Гелл-Манна – Нишиджимы переписывается в аналогичной форме:

q=T_3+(1/2)*Y

Т.е удвоенное значение гиперзаряда равно среднему арифметическому электрическому заряду данного изомультиплета:

Y=2<q>

Последнее равенство рассматривается в качестве наиболее общего определения гиперзаряда.

Очарование – С – вводится аналогично странности, из тех соображений, чтобы распространить соотношение Гелл-Манна – Нишиджимы и на очарованные частицы:

q=T_3+(1/2)*(B+S+C)

Откуда следует, что в общей ситуации гиперзаряд расписывается:

Y=B+S+C.

Зарядовая четностьetta_c – это квантовое число определяет поведение волновой функции частицы при определении зарядового сопряжения С^.

По определению последняя переводит волновую функцию частицы в волновую функцию соответствующей ей античастицы: C^*X=X~  Оператор C^ Эрмитов, а потому он описывает некоторую физ. величину. При ее измерении мы можем получить лишь одно из собственных значений etta_c оператора C^: C^*X=etta_c*X  Квантовое число etta_c и называется зарядовой четностью. Может принимать два фиксированных значения +1, -1. Не все частицы обладают зарядовой четностью.

Среднее время жизниtau – измеряется сек.

Ширина – Г, определяемая для резонансов в энергетических единицах.

Для нестабильных частиц также существуют канал (моды) распадов и соответствующие им относительные вероятности, измеряемые в процентах.