Список частиц

Это список частиц в физике элементарных частиц, включающий не только открытые, но и гипотетические элементарные частицы, а также составные частицы, состоящие из элементарных частиц.

Элементарные частицы

Элементарная частица — это частица без внутренней структуры, то есть не содержащая других частиц^{[прим. 1]}. Элементарные частицы — фундаментальные объекты квантовой теории поля. Они могут быть классифицированы по спину: фермионы имеют полуцелый спин, а бозоны — целый спин.

Стандартная модель

Стандартная модель физики элементарных частиц — теория, описывающая свойства и взаимодействия элементарных частиц. Все частицы, предсказываемые Стандартной моделью, за исключением бозона Хиггса (хотя уже есть веские основания считать, что эта частица обнаружена^[1][2].), а также других гипотетических частиц, были экспериментально обнаружены.

Фермионы

Фермионы имеют полуцелый спин; для всех известных элементарных фермионов он равен ½. Каждый фермион имеет свою собственную античастицу. Фермионы являются базовыми кирпичиками всей материи. Они классифицируются по своему участию в сильном взаимодействии. Согласно Стандартной модели, существует 12 ароматов элементарных фермионов: шесть кварков и шесть лептонов.

• Кварки имеют цветовой заряд и участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы называются антикварками. Существует шесть ароматов кварков (по 2 в каждом поколении):

Поколение		Кварки с зарядом (+2/3)e				Кварки с зарядом (−1/3)e
		Название/ аромат кварка/ антикварка	Символ кварка/ антикварка	Масса (МэВ)		Название/ аромат кварка/ антикварка	Символ кварка/ антикварка	Масса (МэВ)
1		u-кварк (up-кварк) / анти-u-кварк	$u / \, \overline{u}$	от 1,5 до 3		d-кварк (down-кварк) / анти-d-кварк	$d / \, \overline{d}$	от 3 до 7
2		c-кварк (charm-кварк) / анти-c-кварк	$c / \, \overline{c}$	1250 ± 90		s-кварк (strange-кварк) / анти-s-кварк	$s / \, \overline{s}$	95 ± 25
3		t-кварк (top-кварк) / анти-t-кварк	$t / \, \overline{t}$	174 200 ± 3300[3]		b-кварк (bottom-кварк) / анти-b-кварк	$b / \, \overline{b}$	4200 ± 70

У всех кварков есть также электрический заряд, кратный 1/3 элементарного заряда. В каждом поколении один кварк имеет электрический заряд +2/3 (это u-, c- и t-кварки) и один — заряд −1/3 (d-, s- и b-кварки); у антикварков заряды противоположны по знаку. Кроме сильного и электромагнитного взаимодействия, кварки участвуют в слабом взаимодействии.

• Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии. Их античастицы — антилептоны (античастица электрона называется позитрон по историческим причинам). Cуществуют лептоны шести ароматов:

Поколение		Заряженный лептон / античастица					Нейтрино / антинейтрино
		Название	Символ	Электрический заряд (e)	Масса (МэВ)		Название	Символ	Электрический заряд (e)	Масса (МэВ)
1		Электрон / Позитрон	$e^- \, / \, e^+$	−1 / +1	0,511		Электронное нейтрино / Электронное антинейтрино	$\nu_e \, / \, \overline{\nu}_e$	0	< 0,0000022[4]
2		Мюон	$\mu^- \, / \, \mu^+$	−1 / +1	105,66		Мюонное нейтрино / Мюонное антинейтрино	$\nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu$	0	< 0,17[4]
3		Тау-лептон	$\tau^- \, / \, \tau^+$	−1 / +1	1776,99		Тау-нейтрино / тау-антинейтрино	$\nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau$	0	< 15,5[4]

Массы нейтрино не равны нулю (это подтверждается существованием нейтринных осцилляций), но настолько малы, что не были измерены напрямую на 2011 год.

См. также чармоний, кварконий, боттомоний.

Бозоны

Бозоны имеют целочисленные спины. Фундаментальные силы природы переносятся калибровочными бозонами, а масса, согласно теории, создаётся бозонами Хиггса. По Стандартной модели, элементарными бозонами являются следующие частицы:

Название	Заряд (e)	Спин	Масса (ГэВ)	Переносимое взаимодействие
Фотон	0	1	0	Электромагнитное взаимодействие
W±	±1	1	80,4	Слабое взаимодействие
Z0	0	1	91,2	Слабое взаимодействие
Глюон	0	1	0	Сильное взаимодействие
Бозон Хиггса	0	0	≈125	Поле Хиггса

Бозон Хиггса, или хиггсон. В механизме Хиггса Стандартной модели массивный хиггсовский бозон создаётся из-за спонтанного нарушения симметрии поля Хиггса. Присущие элементарным частицам массы (в частности, большие массы W^±- и Z⁰-бозонов) могут быть объяснены их взаимодействиями с этим полем. Многие физики ожидают открытия бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере (англ. Large Hadron Collider, LHC) — ускорителе заряженных частиц, который построен в ЦЕРНе и запущен в сентябре 2008 года. Сведения о нахождении частицы, похожей на бозон Хиггса, уже были обнародованы (источник), однако, в настоящее время идёт проверка данных и определение свойств найденной частицы.

Гипотетические частицы

Суперсимметричные теории, расширяющие Стандартную модель, предсказывают существование новых частиц (суперсимметричных партнёров частиц Стандартной модели), но ни одна из них не была экспериментально подтверждена (на июнь 2009 года).

• Нейтралино (спин — ½) — суперпозиция суперпартнёров нескольких нейтральных частиц Стандартной модели. Это ведущий кандидат на основную составляющую тёмной материи (см. также Вимп). Партнёры заряженных (англ. charged) бозонов называются чарджино (англ. chargino).
• Фотино (спин — ½) — суперпартнёр фотона.
• Гравитино (спин — ³⁄₂) — суперпартнёр гравитона в теориях супергравитации.
• Слептоны и Скварки (спин — 0) — суперсимметричные партнёры фермионов Стандартной модели. С-топ кварк (Stop) (суперпартнёр top-кварка) предположительно должен иметь относительно маленькую массу, в связи с этим его поиски ведутся особо активно.
• Семейство гейджино, суперпартнёров калибровочных бозонов (глюино — суперпартнёр глюона, ви́но^[5] — суперпартнёр W-бозона, бино — суперпартнёр калибровочного бозона, соответствующего слабому гиперзаряду, зино — суперпартнёр Z-бозона).
• Хиггсино — суперпартнёр бозона Хиггса.

Кроме того, в других моделях вводятся следующие пока не зарегистрированные частицы:

• Гравитон (спин — 2) предложен как переносчик гравитации в теориях квантовой гравитации.
• Дилатон (гравискаляр) (спин — 0) и гравифотон (спин — 1).
• Инфлятон и курватон — частицы, участвовавшие в процессе инфляции Вселенной.
• Аксион (спин — 0) — псевдоскалярная частица, введённая в теории Печчеи — Квинн, чтобы решить CP-проблему сильного взаимодействия.
• Аксино (спин — ½) — суперпартнёр аксиона.
• Саксион (спин — 0, скаляр, R-чётность = 1) и аксино (спин — 1/2, R-чётность = −1) формируют вместе с аксионом супермультиплет в суперсимметричных вариантах теории Печчеи — Квинн.
• X-бозон и Y-бозон предсказываются теориями Великого объединения как более тяжёлые эквиваленты W- и Z-бозонов.
• Магнитный фотон.
• Майорон введён, чтобы объяснить массы нейтрино при помощи механизма see-saw.
• Зеркальные частицы предсказаны теориями, восстанавливающими симметрию чётности.
• Стерильное нейтрино вводится во многих вариантах Стандартной модели и может пригодиться для объяснения результатов LSND (ускорительного эксперимента по изучению нейтринных осцилляций).
• Магнитный монополь — общее название для частиц с ненулевым магнитным зарядом. Они предсказываются некоторыми теориями Великого объединения.
• Преон был предложен как подструктура для кварков и лептонов, но современные эксперименты на коллайдерах не подтверждают его существование.
• Арион^[6].
• Архион — голдстоуновский бозон, соединяющий свойства аксиона, фамилона и майорона
• Фамилон — голдстоуновский (или псевдоголдстоуновский) бозон, возникающий при спонтанном нарушении дополнительной симметрии между поколениями фермионов^[7]

Составные частицы

Кварковая структура протона: 2 u-кварка и 1 d-кварк

Адроны

Адроны определяются как сильно взаимодействующие составные частицы. Адроны состоят из кварков и делятся на 2 категории:

• барионы, которые состоят из 3 кварков 3 цветов и образуют бесцветную комбинацию;
• мезоны, которые состоят из 2 кварков (точнее 1 кварка и 1 антикварка).

Кварковые модели, впервые предложенные в 1964 году независимо Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом (который назвал кварки «тузами»), описывают известные адроны как составленные из свободных (валентных) кварков и/или антикварков, крепко связанных сильным взаимодействием, которое переносится глюонами. В каждом адроне также содержится «море» виртуальных кварк-антикварковых пар.

См. также партон (частица).

Барионы (фермионы)

Комбинация трёх u, d или s-кварков с общим спином 3/2 формирует так называемый барионный декуплет.

См. более подробный список барионов.

Обычные барионы (фермионы) содержат каждый три валентных кварка или три валентных антикварка.

• Нуклоны — фермионные составляющие обычного атомного ядра:
  • протоны;
  • нейтроны.
• Гипероны, такие, как Λ-, Σ-, Ξ- и Ω-частицы, содержат один или больше s-кварков, быстро распадаются и тяжелее нуклонов. Хотя обычно в атомном ядре гиперонов нет (в нём содержится лишь примесь виртуальных гиперонов), существуют связанные системы одного или более гиперонов с нуклонами, называемые гиперядрами.
• Также были обнаружены очарованные и прелестные барионы.

Недавно были найдены признаки существования экзотических барионов, содержащих пять валентных кварков; однако были сообщения и об отрицательных результатах. Вопрос их существования остаётся открытым.

• Пентакварки состоят из пяти валентных кварков (точнее, четырёх кварков и одного антикварка).

См. также дибарионы.

Мезоны (бозоны)

Мезоны с нулевым спином формируют нонет.

См. более подробный список мезонов.

Обычные мезоны содержат валентный кварк и валентный антикварк. В их число входят пион, каон, J/ψ-мезон и многие другие типы мезонов. В моделях ядерных сил взаимодействие между нуклонами переносится мезонами.

Могут существовать также экзотические мезоны (их существование всё ещё под вопросом):

• Тетракварки состоят из двух валентных кварков и двух валентных антикварков.
• Глюболы — связанные состояния глюонов без валентных кварков.
• Гибриды состоят из одной или более кварк-антикварковых пар и одного или более реальных глюонов.

Мезоны с нулевым спином формируют нонет.

Атомные ядра

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, связанных сильным взаимодействием. Каждый тип ядра содержит строго определённое число протонов и строго определённое число нейтронов и называется нуклидом или изотопом. В настоящее время известно более 3000 нуклидов, из которых в природе встречается лишь около 300 (см. таблицу нуклидов). Ядерные реакции и радиоактивный распад могут превращать один нуклид в другой.

Некоторые ядра имеют собственные названия. Кроме протона (см. выше), собственными названиями обладают:

• дейтрон, d — ядро дейтерия (²H);
• тритон, t — ядро трития (³H);
• гелион, h — ядро гелия-3;
• альфа-частица, α — ядро гелия-4.

Атомы

Атомы — самые маленькие частицы, на которые материя может быть разделена с помощью химических реакций. Атом состоит из маленького тяжёлого положительно заряженного ядра, окружённого относительно большим лёгким облаком электронов. Каждый тип атома соответствует определённому химическому элементу, 111 из которых имеют официальное название (см. Периодическую систему элементов).

Существуют также короткоживущие экзотические атомы, в которых роль ядра (положительно заряженной частицы) выполняет позитрон (позитроний) или положительный мюон (мюоний). Имеются также атомы с отрицательным мюоном вместо одного из электронов (мюонный атом). Химические свойства атома определяются количеством электронов в нём, которое, в свою очередь, зависит от заряда его ядра. Все нейтральные атомы с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым количеством протонов в ядре) химически идентичны и представляют один и тот же химический элемент, хотя их масса может отличаться из-за различного количества нейтронов в ядре (такие атомы с различным числом нейтронов в ядре представляют различные изотопы одного элемента). В нейтральных атомах число электронов равно числу протонов в ядре. Атомы, лишённые одного или нескольких электронов (ионизованные), называются положительными ионами (катионами); атомы с лишними электронами называются отрицательными ионами (анионами).

Молекулы

Молекулы — самые маленькие частицы вещества, ещё сохраняющие его химические свойства. Каждый тип молекулы соответствует химическому соединению. Молекулы состоят из двух или более атомов. Они могут быть как нейтральными, так и заряженными (молекулярные ионы).

Квазичастицы

В их число входят:

• Фононы — колебательные моды в кристаллической решётке.
• Экситоны — связанные состояния электрона и дырки.
• Трионы — связанные состояния двух электронов и дырки, либо двух дырок и электрона.
• Плазмоны — когерентные возбуждения плазмы.
• Поляритоны — смеси фотонов с другими квазичастицами.
• Поляроны — двигающиеся заряженные (квази-)частицы, окружённые ионами в веществе.
• Магноны — когерентные возбуждения электронных спинов в веществе.
• Ротоны — вращательные состояния в вырожденных средах (например, в жидком гелии).
• Примесоны — поведение примесного атома в квантовых кристаллах.
• Дефектоны — характеризует поведение дефектов в квантовых кристаллах.
• Дырка
• Биротоны.
• Биэкситоны.
• Орбитоны.
• Фазоны.
• Флуктуоны.
• Холоны.
• Спиноны.

Другие существующие и гипотетические частицы

• WIMР’ы («вимпы»; англ. weakly interacting massive particles — слабо взаимодействующие массивные частицы), любые частицы из целого набора частиц, которые могут объяснить природу холодной тёмной материи (такие, как нейтралино или аксион). Эти частицы должны быть достаточно тяжёлыми и не участвовать в сильном и электромагнитном взаимодействиях.
• SIMP’ы (англ. strongly interacting massive particles — сильно взаимодействующие массивные частицы).
• Померон — используется для объяснения квазиупругого рассеяния адронов и расположения полюсов Редже в теории Редже, частный случай реджеона.
• Реджеон — объект, возникающий в теории Редже и описываемый отдельными траекториями Редже (название реджеон введено В. Н. Грибовым).
• Оддерон — реджеон, обладающий всеми квантовыми числами померона за исключением отрицательной C-чётности.
• Скирмион — топологическое решение пионного поля, используется для моделирования низкоэнергетических свойств нуклонов, таких, как связь аксиально-векторного тока и массы.
• Голдстоуновский бозон — безмассовое возбуждение поля, которое было подвергнуто спонтанному нарушению симметрии. Пионы являются квази-голдстоуновскими бозонами (квази-, потому что они имеют ненулевую массу) нарушенной хиральной изоспиновой симметрии квантовой хромодинамики.
• Духи Фаддеева — Попова — фиктивные поля и соответствующие им частицы, вводимые в теории калибровочных полей для того, чтобы сокращались вклады от нефизических времениподобных и продольных состояний калибровочных бозонов.
• Голдстино — фермион Голдстоуна (англ.)русск., возникающий при спонтанном нарушении суперсимметрии.
• Инстантон — полевая конфигурация, которая является локальным минимумом Евклидова действия. Инстантоны используются в непертурбативных расчётах туннельных уровней.
• Дион — гипотетическая частица, обладающая одновременно электрическим и магнитным зарядами.
• Геон — электромагнитная или гравитационная волна, которая удерживается в ограниченной области гравитационным притяжением энергии своего собственного поля.
• Oh-My-God (англ. — боже мой) частица — ультравысокоэнергетические космические лучи (возможно, протоны), которые имеют энергию выше предела Грейзена-Зацепина-Кузьмина, представляющего собой теоретически максимально возможную энергию космических лучей.
• Спурион — имя, данное «частице», введённой математически в распад с нарушением закона сохранения изоспина, чтобы анализировать его как процесс с сохранением изоспина.
• Акселерон — гипотетическая субатомная частица, введенная для объяснения природы темной энергии.
• Максимон (планкеон)— гипотетическая частица, масса которой равна планковской массе — предположительно максимально возможной массе в спектре масс элементарных частиц,
• Энион — обобщение понятий фермиона и бозона, существующая в двухмерных системах.
• Плектон — теоретический тип частиц, аналогичных эниону при размерности более двух.
• Фридмон — гипотетическая элементарная частица, масса и размеры которой ничтожно малы.
• Магнитный монополь — гипотетическая частица, элементарный магнитный заряд.

Классификация по скорости

• Тардионы, или брадионы, движутся медленнее света и имеют ненулевую массу покоя. К ним относятся все известные частицы, кроме безмассовых.
• Люксоны движутся со скоростью света и не имеют массы покоя. К ним относятся фотон и глюон (а также пока неоткрытый гравитон).
• Тахионы — гипотетические частицы, движущиеся быстрее света и имеющие мнимую массу.
• Сверхбрадионы — гипотетические частицы, движущиеся быстрее света, но имеющие действительную массу.

См. также

• Стандартная модель
• Таблица нуклидов
• Периодическая система элементов

Примечания

1. ↑ Определение элементарной частицы как частицы, не имеющей внутренней структуры, принято в английском и некоторых других разделах Википедии. Данный список придерживается этой терминологии. В других статьях русской Википедии такие частицы называются фундаментальными, а термин «элементарная частица» используется для неделимых частиц, к которым помимо фундаментальных частиц относятся и адроны (которые в результате конфайнмента нельзя разделить на отдельные кварки).

Источники

1. ↑ Физики обнаружили претендента на роль бозона Хиггса // Lenta.ru 4.07.2012
2. ↑ В ЦЕРНе объявлено об открытии хиггсовского бозона — Elementy.ru, 4.07.2012  (рус.)
3. ↑ Масса top-кварка: теперь неопределённость на отметке 1,2%  (англ.) (3 August 2006). Архивировано из первоисточника 21 февраля 2012. Проверено 25 сентября 2009.
4. ↑ ^{1 2 3} Лабораторные измерения и ограничения на свойства нейтрино  (англ.). Архивировано из первоисточника 21 февраля 2012. Проверено 25 сентября 2009.
5. ↑ Горбунов Д. С., Дубовский С. Л., Троицкий С. В. Калибровочный механизм передачи нарушения суперсимметрии. УФН 169 705—736 (1999).
6. ↑ Anselm A. A. Experimental test for arion — photon oscillations in a homogeneous constant magnetic field. Phys. Rev. D 37 (1988) 2001.
7. ↑ Dearborn D. S. P. et al. Astrophysical constraints on the couplings of axions, majorons, and familons. Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 26.

Ссылки

• S. Eidelman et al. (2004). «Review of Particle Physics». Physics Letters B 592: 1. (На сайте Particle Data Group находится регулярно обновляемая электронная версия этого обзора свойств частиц.)
• Joseph F. Alward, Elementary Particles, Department of Physics, University of the Pacific
• Elementary particles, The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.

Частицы в физике

 

Элементарные частицы	Фермионы Кварки u · d · c · s · t · b Лептоны e− · e+ · μ− · μ+ · τ− · τ+ · νe · νe · νμ · νμ · ντ  · ντ Бозоны Калибровочные бозоны γ · g · W-бозон · Z-бозон бозоны Хиггса H0 Другие Ду́хи Гипотетические Суперпартнёры Гейджино Чарджино · Глюино · Гравитино · Нейтралино Другие Аксино · Хиггсино · Сфермион Другие A0 · Дилатон · G · J · Тахион · X · X (4140) Y · W’ · Z’ · Стерильное нейтрино
Составные частицы	Адроны Барионы / Гипероны Нуклоны (p · p · n · n)  · Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω Мезоны / Кварконии π · ρ · η · η′  · φ · ω  · J/ψ · ϒ · θ · K · B · D · T Другие Атомные ядра · Атомы · Экзотические атомы (Позитроний · Мюоний · Кварконий) · Молекулы Гипотетические Экзотические адроны Экзотические барионы Дибарион · Пентакварк Экзотические мезоны Глюбол · Тетракварк Другие Мезонная молекула · Померон
Квазичастицы	Солитон Давыдова · Экситон · Биэкситон · Магнон · Фонон · Плазмон · Поляритон · Полярон · Примесон · Ротон · Биротон · Дырка · Электрон · Куперовская пара · Орбитон · Трион · Фазон · Флуктуон · Энион · Холон и спинон
Списки	Список частиц · Список квазичастиц · Список барионов · Список мезонов · История открытия частиц

Этот список входит в число избранных списков и порталов русскоязычного раздела Википедии.