Список частинок

Список частинок у фізиці елементарних частинок, а також частинок, які складаються з елементарних.

Елементарні частинки

Елементарна частинка — це частинка без внутрішньої структури, тобто не містить інших частинок у своєму складі. Елементарні частинки — фундаментальні об’єкти квантової теорії поля. Їх можна класифікувати за спіном: ферміони мають напівцілий спін, а бозони – цілий.

Стандартна модель

Стандартна модель фізики елементарних частинок — теорія, що описує властивості елементарних частинок та їх взаємодію. Всі частинки, передбачені Стандартною моделлю, за винятком гіпотетичних частинок, були виявлені експериментально (прямо чи опосередковано, як, наприклад, кварки).

Ферміони (напівцілий спін)

Ферміони мають напівцілий спін; для всіх відомих елементарних ферміонів він дорівнює ½. Кожен ферміон має власну античастинку. Ферміони є базовими цеглинками всієї матерії. Вони класифікуються за типом взаємодій, у яких можуть брати участь.

Згідно зі Стандартною моделлю існує 12 ароматів елементарних ферміонів: 6 кварків та 6 лептонів, та 12 їх античастинок.

• Кварки мають кольоровий заряд і беруть участь у всіх типах взаємодій (у т.ч. і сильній взаємодії). Їх античастинки називаються антикварками. Існує 6 ароматів кварків:

Покоління
		Назва (Аромат) кварка/антикварка	Символ кварка/антикварка	Електричний заряд (e)	Маса (МеВ)		Назва(Аромат) кварка/антикварка	Символ кварка/антикварка	Електричний заряд (e)	Маса (МеВ)
1		u-кварк (Up-кварк) / анти u-кварк	${\displaystyle u/\,{\overline {u}}}$	+2/3	від 1,5 до 3		d-кварк (Down-кварк) / анти d-кварк	${\displaystyle d/\,{\overline {d}}}$	−1/3	від 3 до 7
2		c-кварк (Charm-кварк) / анти c-кварк	${\displaystyle c/\,{\overline {c}}}$	+2/3	1250 ± 90		s-кварк (Strange-кварк) / анти s-кварк	${\displaystyle s/\,{\overline {s}}}$	−1/3	95 ± 25
3		t-кварк (Top-кварк) / анти t-кварк	${\displaystyle t/\,{\overline {t}}}$	+2/3	174 200 ± 3300		b-кварк (Bottom-кварк) / анти b-кварк	${\displaystyle b/\,{\overline {b}}}$	−1/3	4200 ± 70

• Лептони не беруть участь у сильній взаємодії. Їх античастинки — антилептони (античастинка електрона називається позитроном з історичних причин). Існує 6 ароматів лептонів:

Покоління		Заряджений лептон / античастинка					Нейтрино / антинейтрино
		Назва	Символ	Електричний заряд (e)	Маса (МеВ)		Назва	Символ	Електричний заряд (e)	Маса (МеВ)
1		Електрон / Позитрон	${\displaystyle e^{-}\,/\,e^{+}}$	−1 / +1	0,511		Електронне нейтрино / Електронне антинейтрино	${\displaystyle \nu _{e}\,/\,{\overline {\nu }}_{e}}$	0	< 0,0000022
2		Мюон	${\displaystyle \mu ^{-}\,/\,\mu ^{+}}$	−1 / +1	105,66		Мюонне нейтрино / Мюонне антинейтрино	${\displaystyle \nu _{\mu }\,/\,{\overline {\nu }}_{\mu }}$	0	< 0,17
3		Тау-лептон	${\displaystyle \tau ^{-}\,/\,\tau ^{+}}$	−1 / +1	1776,99		Тау-нейтрино / Тау-антинейтрино	${\displaystyle \nu _{\tau }\,/\,{\overline {\nu }}_{\tau }}$	0	< 15,5

Маси нейтрино не дорівнюють нулю (це підтверджується існуванням нейтринних осциляцій), але дуже малі, тому досі не вдалося виміряти їх, а лише поставити верхні обмеження.

Бозони (цілий спін)

Бозони мають цілі значення спіну. Фундаментальні сили природи переносяться калібрувальними бозонами, а маса фундаментальних частинок, згідно з теорією, породжується хіггсівськими бозонами. За Стандартною моделлю, елементарними бозонами є такі частинки:

Назва	Заряд (e)	Спін	Маса (ГеВ)	Взаємодія, яку переносить
Фотон	0	1	0	Електромагнітна взаємодія
W^±	±1	1	80,4	Слабка взаємодія
Z^0	0	1	91,2	Слабка взаємодія
Глюон	0	1	0	Сильна взаємодія
Бозон Хіггса	0	0	125,1	Поле Хіггса

Бозон Хіггса (спін — 0) передбачається теорією електрослабкої взаємодії. В механізмі Хіггса Стандартної моделі масивний хіггсівський бозон отримує масу через спонтанне порушення симетрії. Наявність мас у елементарних частинок (зокрема, великі маси W^±- та Z⁰-бозонів) може бути пояснена їх взаємодією з полем Хіггса.

Гіпотетичні частинки

Суперсиметричні теорії, які розширюють Стандартну модель, передбачають існування нових частинок (суперсиметричних партнерів частинок Стандартної моделі), проте жодна з них не була експериментально підтверджена (станом на 2020 рік).

• Нейтраліно (спін — ½) — суперпозиція суперпартнерів кількох нейтральних частинок Стандартної моделі. Це кандидат на основну складову темної матерії. Партнери заряджених бозонів називаються чарджіно (chargino).
• (спін — ½) — суперпартнер фотона.
• Гравітіно (спін — ³⁄₂) — суперпартнер гравітона в теоріях супергравітації.
• Слептони і Скварки (спін — 0) — суперсиметричні партнери ферміонів Стандартної моделі. Передбачається, що с-топ кварк (Stop) (суперпартнер top-кварка) повинен мати відносно маленьку масу, тому його пошуки ведуться особливо активно.

Крім того, в інших моделях вводяться наступні, поки не зареєстровані, частинки:

• Гравітон (спін — 2) переносник гравітації в теоріях квантової гравітації.
• Інфлятон та — частинки, які брали участь у процесі інфляції Всесвіту.
• Аксіон (спін — 0) — псевдоскалярна частинка, введена в теорії Печчеі — Квінн, щоб розв’язати (CP-проблему сильної взаємодії).
• Аксіно (спін — ½) — суперпартнер аксіона.
• X-бозон та передбачаються теоріями Великого об’єднання як більш важкі аналоги W- та Z-бозонів.
• Майорон введений, щоб пояснити масу нейтрино за допомогою механізму гойдалки.
• Стерильні нейтрино вводяться в багатьох варіантах Стандартної моделі і можуть знадобитися для пояснення результатів експериментів з вивчення нейтринних осциляцій.
• Магнітний монополь — загальні назви для частинок з ненульовим магнітним зарядом. Вони передбачаються деякими теоріями Великого об’єднання.
• Преон був запропонований як підструктура для кварків та лептонів, але сучасні експерименти на колайдерах не підтверджують його існування.
• Планківська частинка
• Максимон
• Мінімон

Складені частинки

Кваркова структура протона: 2 u-кварки і 1 d-кварк.

Адрони

Адрони визначаються як складені частинки сильної взаємодії. Адрони складаються з кварків і діляться на 2 категорії:

• баріони, які складаються з трьох кварків трьох різних кольорів і утворюють безкольорову комбінацію;
• мезони, які складаються з одного кварка і одного антикварка.

Кваркові моделі, вперше запропоновані у 1964 році незалежно Гелл-Манном і Джорджем Цвейгом (який назвав кварки «тузами»), описують відомі адрони як складені з вільних (валентних) кварків і/чи антикварків, міцно зв’язаних сильною взаємодією, яка переноситься глюонами. В кожному адроні також міститься "море" віртуальних кварк-антикваркових пар.

Баріони

Комбінація трьох u, d чи s-кварків із загальним спіном 3/2 формують так званий баріонний декуплет.

Звичайні баріони (ферміони) містять кожен три валентних кварки або три валентних антикварки.

• Нуклони — ферміонні складові звичайного атомного ядра:
  • Протони
  • Нейтрони
• Гіперони, такі, як Λ-, Σ-, Ξ- і Ω-частинки, містять один чи більше s-кварків. Вони важчі за нуклони і розпадаються (завдяки слабкій взаємодії) за час порядку ${\displaystyle 10^{-8}}$ секунд. Хоча зазвичай в атомному ядрі гіперонів нема (у ньому міститься лише домішка віртуальних гіперонів), існують зв’язані системи одного чи більше гіперонів з нуклонами, які називаються гіперядрами, які теж є досить короткоживучими.
• Також були виявлені чарівні і красиві баріони, що мають час життя порядку пікосекунди або менше.

Нещодавно були знайдені ознаки існування екзотичних баріонів, які містять п’ять валентних кварків; але були повідомлення і про негативні результати. Питання їх існування залишається відкритим.

• Пентакварки складаються з п’яти валентних кварків (точніше, чотирьох кварків і одного антикварка).

Мезони

Мезони с нульовим спіном формують нонет

Звичайні мезони містять і валентний антикварк. В їх число входять піон, каон, (J/ψ-мезон) і багато інших типів мезонів. В спрощених моделях ядерних сил взаємодія між нуклонами переноситься мезонами.

Можуть існувати також екзотичні мезони (існування деяких із них все ще під питанням):

• Тетракварки складаються з двох валентних кварків і двох валентних антикварків.
• Глюболи — зв’язані стани глюонів без валентних кварків.
• Гібриди складаються з одної чи більше кварк-антикваркових пар і одного чи більше реальних глюонів.

Мезони з нульовим спіном формують нонет.

Виноски

1. Масса Top-кварка: тепер невизначеність становить 1,2% (англійською) . 3 серпня 2006. Архів оригіналу за 21 лютого 2012. Процитовано 25 вересня 2009.
2. Лабораторні виміри таобмеження на властивості нейтрино (англійською) . Архів оригіналу за 21 лютого 2012. Процитовано 25 вересня 2009.

Див. також

• Періодична система елементів
• Стандартна модель
• Таблиця нуклідів

Посилання

• S. Eidelman та ін. (2004). Review of Particle Physics. Physics Letters B. 592: 1. {{}}: Явне використання «та ін.» у: |author= () (На сайті Particle Data Group [ 7 вересня 2017 у Wayback Machine.] знаходиться регулярно оновлювана електронна версія цього огляду властивостей частинок.)
• Joseph F. Alward, , Department of Physics, University of the Pacific
• , The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001.