Фундаментальная частица

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
(перенаправлено с «Фундаментальные частицы»)

Фундамента́льная части́ца — бесструктурная элементарная частица[1], которую до настоящего времени не удалось описать как составную[2]. Частицы, которые в настоящее время считаются элементарными, включают фундаментальные фермионы (кварки, лептоны, антикварки и антилептоны), которые обычно представляют собой «частицы вещества» и «частицы антивещества», а также фундаментальные бозоны (калибровочные бозоны и бозон Хиггса), которые, как правило, являются «частицами силы», которые опосредуют взаимодействия между фермионами[3][2]. Частица, содержащая две или более элементарных частиц, представляет собой составную частицу.

Обычная материя состоит из атомов, когда-то считавшихся элементарными частицами — в переводе с греческого «атом» означает «неделимый, неразрезаемый», хотя существование атома оставалось спорным примерно до 1910 года, так как некоторые ведущие физики рассматривали молекулы как математические иллюзии, а материя в конечном итоге состояла из энергии[2][4]. Субатомные составляющие атома были определены в начале 1930-х годов; электроны и протоны, наряду с фотоном, частицей электромагнитного излучения[2]. В то время недавнее появление квантовой механики радикально изменило концепцию частиц, так как отдельная частица могла бы, казалось бы, охватить поле, как волна. Этот парадокс все ещё не получил удовлетворительного объяснения[5][6].

С помощью квантовой теории было обнаружено, что протоны и нейтроны содержат кварки (верхний и нижний), считающиеся элементарными частицами[2]. В пределах молекулы электрон имеет три степени свободы (заряд, спин, орбиталь), которые можно отделить с помощью волновой функции на три квазичастицы (холон, спинон, орбитон)[7]. Тем не менее, свободный электрон, который не вращается вокруг атомного ядра и не имеет орбитального движения, кажется неделимым и остается элементарной частицей[7].

Приблизительно в 1980 году статус элементарной частицы как действительно элементарного — конечной составляющей вещества — был в основном отвергнут для более практического взгляда[2], который воплотился в Стандартную модель физики элементарных частиц, известную как наиболее экспериментально успешную теорию науки[6][8]. Многие разработки и теории за пределами Стандартной модели, включая популярную суперсимметрию, удваивают число элементарных частиц, выдвигая гипотезу о том, что каждая известная частица ассоциируется с «теневым» партнёром гораздо более массивным[9][10], хотя все такие суперпартнёры остаются нераскрытыми[8][11]. Между тем элементарный бозон, опосредующий гравитацию (гравитон), остается гипотетическим[2]. Кроме того, как показывают гипотезы, пространство-время, вероятно, квантуется, поэтому, скорее всего, существуют «атомы» пространства и самого времени[12].

Элементарные частицы, включенные в «Стандартную модель»

Фундаментальные бозоны

Фундаментальные бозоны:

Основная статья: Список бозонов § Фундаментальные бозоны
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 ≈125,09±0,24[13] Инертная масса

Фундаментальные фермионы

Фундаментальные фермионы:

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 [math]\displaystyle{ u / \, \overline{u} }[/math] от 1,5 до 3 d-кварк (down-кварк) / анти-d-кварк [math]\displaystyle{ d / \, \overline{d} }[/math] 4,79±0,07
2 c-кварк (charm-кварк) / анти-c-кварк [math]\displaystyle{ c / \, \overline{c} }[/math] 1250 ± 90 s-кварк (strange-кварк) / анти-s-кварк [math]\displaystyle{ s / \, \overline{s} }[/math] 95 ± 25
3 t-кварк (top-кварк) / анти-t-кварк [math]\displaystyle{ t / \, \overline{t} }[/math] 174 340 ± 790[14] b-кварк (bottom-кварк) / анти-b-кварк [math]\displaystyle{ b / \, \overline{b} }[/math] 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). Существуют 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 [math]\displaystyle{ e^- \, / \, e^+ }[/math] −1 / +1 0,511 Электронное нейтрино / Электронное антинейтрино [math]\displaystyle{ \nu_e \, / \, \overline{\nu}_e }[/math] 0 < 0,0000022[15]
2 Мюон [math]\displaystyle{ \mu^- \, / \, \mu^+ }[/math] −1 / +1 105,66 Мюонное нейтрино / Мюонное антинейтрино [math]\displaystyle{ \nu_\mu \, / \, \overline{\nu}_\mu }[/math] 0 < 0,17[15]
3 Тау-лептон [math]\displaystyle{ \tau^- \, / \, \tau^+ }[/math] −1 / +1 1776,99 Тау-нейтрино / тау-антинейтрино [math]\displaystyle{ \nu_\tau \, / \, \overline{\nu}_\tau }[/math] 0 < 15,5[15]

История

До XVII века фундаментальными частицами считались 4 стихии/элемента[16].

До начала XX века фундаментальными частицами считались атомы[17]. Далее фундаментальными частицами стали считать атомное ядро и электрон[18]. Далее было открыто, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов и они стали считаться фундаментальными, а не ядро[19]. Потом было открыто, что протоны и нейтроны состоят из кварков[20].

Примечания

  1. ↑ Что является фундаментальным? Поиск фундаментального Архивная копия от 5 января 2003 на Wayback Machine Официальный сайт детектора КЕДР
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Sylvie Braibant; Giorgio Giacomelli; Maurizio Spurio. Particles and Fundamental Interactions: An Introduction to Particle Physics (англ.). — 2nd. — Springer, 2012. — P. 1—3. — ISBN 978-94-007-2463-1. Архивная копия от 26 августа 2016 на Wayback Machine
  3. ↑ Что является фундаментальным? Стандартная модель — вопросы для проверки Архивная копия от 5 апреля 2022 на Wayback Machine Официальный сайт детектора КЕДР
  4. ↑ Ronald Newburgh; Joseph Peidle; Wolfgang Rueckner. Einstein, Perrin, and the reality of atoms: 1905 revisited (англ.) // American Journal of Physics : journal. — 2006. — Vol. 74, no. 6. — P. 478—481. — doi:10.1119/1.2188962. — Bibcode: 2006AmJPh..74..478N. Архивировано 3 августа 2017 года.
  5. ↑ Friedel Weinert. The Scientist as Philosopher: Philosophical Consequences of Great Scientific Discoveries (англ.). — Springer, 2004. — P. 43, 57—59. — ISBN 978-3-540-20580-7. Архивная копия от 1 августа 2020 на Wayback Machine
  6. ↑ 6,0 6,1 Meinard Kuhlmann. Physicists debate whether the world is made of particles or fields—or something else entirely (англ.) // Scientific American : magazine. — Springer Nature, 2013. — 24 July. Архивировано 31 августа 2016 года.
  7. ↑ 7,0 7,1 Zeeya Merali. Not-quite-so elementary, my dear electron: Fundamental particle 'splits' into quasiparticles, including the new 'orbiton' (англ.) // Nature : journal. — 2012. — 18 April. — doi:10.1038/nature.2012.10471.
  8. ↑ 8,0 8,1 Ian O'Neill. LHC discovery maims supersymmetry, again. Discovery News (24 июля 2013). Дата обращения: 28 августа 2013. Архивировано 13 марта 2016 года.
  9. ↑ Particle Data Group. Unsolved mysteries—supersymmetry. The Particle Adventure. Berkeley Lab. Дата обращения: 28 августа 2013. Архивировано 28 июля 2013 года.
  10. ↑ National Research Council[англ.]. Revealing the Hidden Nature of Space and Time: Charting the Course for Elementary Particle Physics (англ.). — National Academies Press[англ.], 2006. — P. 68. — ISBN 978-0-309-66039-6. Архивная копия от 1 августа 2020 на Wayback Machine
  11. ↑ CERN latest data shows no sign of supersymmetry—yet. Phys.Org (25 июля 2013). Дата обращения: 28 августа 2013. Архивировано 17 августа 2013 года.
  12. ↑ Smolin, Lee Atoms of Space and Time. Scientific American (2006). Архивировано 4 февраля 2016 года.
  13. ↑ ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона (недоступная ссылка). Дата обращения: 8 мая 2015. Архивировано 2 апреля 2015 года.
  14. ↑ Э. Э. Боос, О. Брандт, Д. Денисов, С. П. Денисов, П. Граннис. Top-кварк (к 20-летию открытия) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2015. — Т. 185. — С. 1241—1269. — doi:10.3367/UFNr.0185.201512a.1241. Архивировано 20 декабря 2016 года.
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 Лабораторные измерения и ограничения на свойства нейтрино (англ.). Дата обращения: 25 сентября 2009. Архивировано 21 февраля 2012 года.
  16. ↑ Что является фундаментальным?. Дата обращения: 25 ноября 2014. Архивировано 5 января 2003 года.
  17. ↑ Что является фундаментальным? Атом Архивная копия от 29 января 2003 на Wayback Machine Официальный сайт детектора КЕДР
  18. ↑ Что является фундаментальным? Является ли атом фундаментальным Архивная копия от 5 апреля 2022 на Wayback Machine Официальный сайт детектора КЕДР
  19. ↑ Что является фундаментальным? Является ли ядро фундаментальным? Архивная копия от 28 марта 2022 на Wayback Machine Официальный сайт детектора КЕДР
  20. ↑ Что является фундаментальным? Являются ли протоны и нейтроны фундаментальными частицами? Архивная копия от 31 марта 2022 на Wayback Machine Официальный сайт детектора КЕДР

Ссылки


Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Фундаментальная_частица&oldid=7080781