Использование ядерных превращений. Фундаментальные взаимодействия

Прежде чем рассмотреть классификацию элементарных частиц рассмотрим фундаментальные взаимодействия, существующие в природе. Их всего четыре:

● - сильные или ядерные взаимодействия (это короткодействующее взаимодействие с радиусом действия порядка 10^{-15 м)}

● - электромагнитное взаимодействие (с бесконечным радиусом действия, электромагнитное взаимодействие примерно в 100 раз слабее сильного взаимодействия)

● - слабое взаимодействие (радиус действия порядка 10^{-19 м, примерно в 10000 раз слабее сильного)}

● - гравитационное (самое слабое взаимодействие с бесконечным радиусом действия)

Элементарные частицы классифицируют исходя из тех взаимодействий, в которых они участвуют:

● - фотон - электромагнитное взаимодействие

● - лептоны (легкий) - электромагнитное и слабое взаимодействие

К лептонам относят электрон, мюон, таон, их античастицы и соответствующие нейтрино (Таблица).

● - андроны (крупный) - сильное, слабое и электромагнитное

К андронам относятся протон, нейтрон, пионы, каоны, гипероны

Для всех типов взаимодействий элементарных частиц выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрического заряда. Кроме того, для элементарных частиц вводят ряд специфических величин и характеристик, которые сохраняются при взаимодействиях и распадах.

Так, поскольку сильные взаимодействия характеризуются зарядовой независимостью, то протон и нейтрон можно рассматривать как одну частицу. Их различие наступает только при рассмотрении электромагнитных взаимодействий. Зарядовая независимость в сильных взаимодействиях позволяет близкие по массе частицы рассматривать как различные зарядовые состояния одной частицы. Так нуклон образует дублет, пионы - триплет. Такие группы называются изотопическим мультиплетом . Каждый мультиплет характеризуется изоспином - одной из внутренних характеристик андронов - определяющих количество частиц в мультиплете. Таким образом, мультиплет нуклона I = 1/2. Во всех процессах, связанных с превращениями элементарных частиц, выполняется закон сохраненияизоспина.

Элементарным частицам, относящимся к группе лептонов, приписывается лептонное число: для электрона, отрицательных мюона и таона и их нейтрино приписывается L=1, а для антилептонов L = -1. Выполняется закон сохранения лептонного числа.

Андронам приписывается барионное число (барионный заряд). Андроны с В = 0 образуют подгруппу мезонов (пионы, каоны, эта-мезоны), а андроны с В = 1 образуют группу барионов (тяжелый) (нуклоны и гипероны). Если принять для барионов В=1, для антибарионов В=-1, а для всех остальных В=0, то выполняется закон сохранения барионного числа.

Поскольку количество элементарных частиц все растет идут поиски более фундаментальных частиц, которые могли бы быть базисом для всех стальных, в первую очередь для андронов.

В последнее время развивается теория кварков. Согласно модели Гел-Манна – Цвейга, все известные андроны можно построить из шести кварков и их антикварков. По их модели кварки - частицы со спином ½ и зарядом 1/3е (до сих пор никто не находил частицы с дробным зарядом) По этой модели мезоны строятся из пары кварк-антикварк, барионы из трех кварков. В настоящее время признана точка зрения, что между лептонами и кварками существует симметрия: число лептонов должно быть равно числу кварков.