Классификация элементарных частиц

Разделение элементарных частиц по различным группам, или их классификацию, можно проводить по разным основаниям деления. Например, подобную классификацию можно проводить по массе, электрическому заряду, времени жизни частиц и т. д. Однако научная классификация в качестве такого основания выбирает существенный признак, каким, несомненно, служит характер фундаментального взаимодействия частиц.

По типу взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, все они могут быть отнесены к двум основным группам.

К первой группе относятся адроны (от греч. — сильный, большой), которые особенно активно участвуют в сильном взаимодействии, но могут участвовать также в электромагнитном и слабом взаимодействиях.

Адроны, в свою очередь, делятся на барионы и мезоны. К барионам (от греч. — тяжелый) относятся элементарные частицы, обладающие полуцелым спином, масса которых не меньше массы протона. С этим связано само название этих частиц, поскольку самая легкая из нихпротон — в 1836 раз тяжелее электрона. Протон и нейтрон являются наиболее известными барионами. Кроме них к ним принадлежат гипероны, часть резонансов и «очарованных» частиц, но единственно стабильной частицей среди них является протон. Нейтроны стабильны только во взаимодействии с протонами внутри ядра, в свободном же состоянии они распадаются. Остальные барионы также нестабильны и быстро распадаются, превращаясь в конечном итоге в протон и легкие частицы. Характерным свойством барионов является сохранение разности между числом барионов и антибарионов, которое нередко формулируют в виде закона сохранения барионного заряда, если приписать бариону особый заряд.

К мезонам (от греч. — средний, промежуточный) относят нестабильные адроны, обладающие целочисленным или нулевым спином. Как показывает название этих частиц, большинство из них обладают массами, которые являются промежуточными между массой электрона и массой протона. Первыми частицами с такой промежуточной массой были р-мезоны и K-мезоны с разными зарядами. В дальнейшем были обнаружены другие частицы, масса которых превышает массу протона.

Ко второй группе элементарных частиц принадлежат лептоны (от греч. — легкий, тонкий), участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К этой группе относится электрон, мюон, фотон, нейтрино и открытый в 1975 году тяжелый ф-лептон.

Помимо общих групповых характеристик элементарные частицы обладают также специфическими, индивидуальными признаками, которые характеризуются их квантовыми числами. К ним относят массу частицы, время ее жизни, спин и электрический заряд.

Основываясь на этих признаках, можно провести дальнейшую классификацию элементарных частиц. По массе они делятся на тяжелые, промежуточные и легкие. По времени жизни различают стабильные, квазистабильные и нестабильные частицы. К стабильным частицам относят электрон, протон, фотон и нейтрино. Квазистабильные частицы распадаются вследствие электромагнитного и слабого взаимодействия. Нестабильные частицы распадаются за счет сильного взаимодействия. Спин характеризует собственный момент количества движения частицы и измеряется целым или полуцелым значением, кратным постоянной Планка. Так, у протона и электрона он равен ½, а у фотона 0. Электрические заряды элементарных частиц являются кратными наименьшего заряда, присущего электрону.