Классификация элементарных частиц

Элементарные частицы - мельчайшие известные частицы материи. Представление об элементарных частицах отражает тот уровень познания строения материи, который достигнут современной наукой. Ха­рактерная особенность элементарных частиц - спо­собность к взаимным превращениям, что не позволяет рассматривать их как простейшие, неизменные «кир­пичики мироздания», подобные атомам Демокрита.

В конце XIX - начале XX в. были обнаружены мельчайшие носители свойств ве­щества - молекулы. Было также установлено, что молеку­лы состоят из атомов. Это позволило описать все извест­ные вещества как комбинации большого числа составляющих частиц - атомов.

Позднее были выявлены составные элементы атомов - электроны и ядра. Оказалось также, что ядра имеют сложную структуру, они состоят из двух час­тиц: протонов и нейтронов.[1]

В начале XX в. были извест­ны следующие элементарные частицы: протон, нейтрон, электрон и фотон. Эти четыре частицы стали считать элементарными, так как они служили основаниями строения вещества и электромагнитного поля.

Открытие новых частиц постепенно разрушило эту простую картину. Было открыто много новых частиц, при­чем большинство из них оказались составными, т. е. не эле­ментарными. Тем не менее наименование «элементарные частицы» сохранилось. В настоящее время известно более 300 частиц, хотя не все они являются элементарными в истинном смысле этого слова.

Такое большое число разно­образных частиц необходимо систематизировать. Основой классификации элементарных частиц является деление их на два больших класса: адроны и лептоны.

Адроны - это элементарные частицы, принимают участие в сильных ядерных взаимодействиях. Лептоны - это элементарные частицы, которые участвуют в слабых ядерных и электромагнитных взаимодействиях.

Класс адронов, в свою очередь, делится на барионы и мезоны. Барионы - это такие адроны, которые в реакциях между эле­ментарными частицами могут превращаться в протоны или получаться из них. К барионам относятся протон и нейт­рон, частицы, составляющие основу ядра атома.[2] Таким образом, можно сказать, что атом состоит из электронов (по классификации это лептоны) и ядра, состоящего из протонов и нейтронов (по классификации это адроны, точ­нее барионы, а еще точнее - нуклоны). Размеры элементарных частиц и атомных ядер колеблются в пределах 10-14-10-15 м.

В середине 60-х гг. XXв. учеными была предложена кварковая модель строения вещества. В соответствии с этой моделью любой адрон может быть представлен в виде на­бора из двух или трех кварков - частиц, имеющих дробный электрический заряд.[3]

Следует заметить, что представ­ление элементарных частиц в виде комбинации кварков - это удобная теоретическая модель. Поиски свободных квар­ков в экспериментах на ускорителях или в составе косми­ческих лучей пока не дали положительных результатов. Тем не менее большинство ученых считает, что кварки действи­тельно существуют, так как о предсказываемых свойствах кварков свидетельствуют многочисленные косвенные эксперименты. Во всяком случае, согласно современным пред­ставлениям, атомное ядро - это уже не набор протонов и нейтронов. Атомное ядро - это совокупность определен­ного числа кварков, связанных между собой. Например, ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтро­нов, - это совокупность 12 кварков.

[1] Леонов В.Е. Концепции современного естествознания: пособие. – СПб.: Невский проспект, Вектор. – 2007 – с. 37

[2] Протоны и нейтроны часто объединяют одним названием – нуклоны, от латинского термина nuceeus - ядро

[3] Кварковая модель используется для описания не всех частиц. В частности, лептоны (электроны и нейтроны) не могут быть рассмотрены в рамках кварковой модели