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[1].

Стандартная модель

Стандартная модель физики элементарных частиц — теория, описывающая свойства и взаимодействия элементарных частиц. Все частицы, предсказываемые Стандартной моделью, за исключением гипотетических, были экспериментально обнаружены. Всего модель описывает 61 частицу[2].

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[1].

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 от 1,5 до 3 d-кварк (down-кварк) / анти-d-кварк 4,79±0,07
2 c-кварк (charm-кварк) / анти-c-кварк 1250

±90

s-кварк (strange-кварк) / анти-s-кварк 95 ± 25
3 t-кварк (top-кварк) / анти-t-кварк 174200

±3300[3]

b-кварк (bottom-кварк) / анти-b-кварк 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.

См. также лептокварк.

См. Список лептонов

  • 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 −1 / +1 0,511 Электронное нейтрино / Электронное антинейтрино 0 < 0,0000022[4]
2 Мюон −1 / +1 105,66 Мюонное нейтрино / Мюонное антинейтрино 0 < 0,17[4]
3 Тау-лептон −1 / +1 1776,99 Тау-нейтрино / тау-антинейтрино 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

См. более подробный список бозонов.

Бозоны имеют целочисленные спины[1]. 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
Гравитон 0 2 меньше 6,76×10−23 электронвольт Гравитация

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. Бозон Хиггса обнаружен в 2012 году на Большом адронном коллайдере (англ. Large Hadron Collider, LHC). Обнаружение подтверждено в марте 2013 года, а сам Хиггс получил Нобелевскую премию за своё открытие.

Триплон — триплетное возбужденное состояние[5]

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 февраль 2021 года).

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

См. также техницвет (техникварки, технилептоны, техниадроны)[14].

См. также счастица.

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.

Резонанс (резонон[15]) — элементарная частица, представляющая собой возбуждённое состояние адрона.

См. также партон, Zc(3900).

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

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

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 (глюоний[16], глюболл[17]) — 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:

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, 118 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 веществу. Молекулы состоят из двух или более атомов. Молекулы являются нейтральными частицами.

Квазичастицы

См. более подробный список квазичастиц.

В их число входят:

Другие существующие и гипотетические частицы

  • WIMР’ы[37] («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.
  • WISP’ы (англ. weakly interacting sub-eV particles) — слабо взаимодействующие частицы субэлектронвольтных масс[38].
  • SIMP’ы (англ. strongly interacting massive particles — сильно взаимодействующие массивные частицы).
  • Реджеон — объект, возникающий в теории Редже и описываемый отдельными траекториями Редже (название реджеон введено В. Н. Грибовым).
  • Антигравитон — гипотетическая частица со спином 1[46]
  • Дион — гипотетическая частица, обладающая одновременно электрическим и магнитным зарядами[47].
  • Геон (кугельблиц)[48] — 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[49] — имя, данное «частице», введённой математически в распад с нарушением закона сохранения изоспина, чтобы анализировать его как процесс с сохранением изоспина.
  • Акселерон[50] — гипотетическая субатомная частица, введенная для объяснения природы темной энергии.
  • Максимон[51] (планкеон) — гипотетическая частица, масса которой равна планковской массе — предположительно максимально возможной массе в спектре масс элементарных частиц.
  • Минимон — гипотетическая частица с минимально возможной массой (в противоположность максимону), не равной 0.
  • Энион[52] — обобщение понятий фермиона и бозона, существующая в двухмерных системах.
  • Плектон[53] — теоретический тип частиц, аналогичных эниону при размерности более двух.
  • Фридмон[54] — гипотетическая элементарная частица, масса и размеры которой ничтожно малы.
  • Магнитный монополь[55] — гипотетическая частица, элементарный магнитный заряд.
  • X(4140) (Y(4140))[56] — ранее не предсказанная Стандартной моделью частица. Впервые наблюдалась в Фермилабе и об её открытии было объявлено 17 марта 2009 года.
  • Сфалерон[57]
  • Космион[58]
  • Мерон Meron (полуинстантон[59])
  • Хопфион — солитонная конфигурация модели Фаддеева — Скирма[60][61]
  • Липатон[62][63][64]
  • Геликон[65] — низкочастотная электромагнитная волна, которая возникает в некомпенсированной плазме, находящейся во внешнем постоянном магнитном поле.
  • Парафотон — гипотетическая элементарная частица, не взаимодействующая с материей и способная путём осцилляций превращаться в обычный фотон и обратно.
  • f1(1285) — псевдовекторная частица[66]
  • X17 — гипотетическая частица (бозон), предложенная для объяснения аномальных результатов измерений в ходе поиска тёмных фотонов
  • Хамелеон — гипотетическая частица, скалярный бозон с нелинейным самодействием, которое делает эффективную массу частицы зависящей от окружения[67]

Классификация по скорости

См. также

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. Фундаментальные частицы и взаимодействия
  2. Половинка от магнита Владислав Кобычев, Сергей Попов «Популярная механика» № 2, 2015Архив
  3. Масса top-кварка: теперь неопределённость на отметке 1,2% (англ.) (3 августа 2006). Дата обращения: 25 сентября 2009. Архивировано 21 февраля 2012 года.
  4. Лабораторные измерения и ограничения на свойства нейтрино (англ.). Дата обращения: 25 сентября 2009. Архивировано 21 февраля 2012 года.
  5. Квантовые фазовые переходы и роль беспорядка в спиральных магнетиках и магнитных системах, находящихся в спин-жидкостных фазах
  6. Горбунов Д. С., Дубовский С. Л., Троицкий С. В. Калибровочный механизм передачи нарушения суперсимметрии. УФН 169 705—736 (1999).
  7. Галактион Андреев. Преоны выходят из тени. Компьютерра (14 января 2008). Дата обращения: 2 февраля 2014. Архивировано 2 февраля 2014 года.
  8. Bilson-Thompson, Sundance. A topological model of composite preons
  9. Anselm A. A. Experimental test for arion — photon oscillations in a homogeneous constant magnetic field. Phys. Rev. D 37 (1988) 2001
  10. Anselm A. A., Uraltsev N. G. — Ibidem, 1982, v. 114, p. 39; v. 116, p. 161. Ансельм А. А. — Письма в ЖЭТФ, 1982, т. 36, с. 46
  11. Учебные курсы МИФИ — Введение в космомикрофизику
  12. Dearborn D. S. P. et al. Astrophysical constraints on the couplings of axions, majorons, and familons. Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 26
  13. Wilczek F. — Phys. Rev. Lett., 1982, v. 49, p. 1549. Ансельм А. А., Уральцев Н. Г. — ЖЭТФ, 1983, т. 84, с. 1961
  14. Farhi E., Susskind L.— Phys. Rept. Ser. C, 1981, v. 74, p. 277
  15. Коккедэ Я. Теория кварков / Под ред. Д. Д. Иваненко. — М.: Мир, 1971. — С. 5
  16. Самойленко, Владимир Дмитриевич. Исследование легких мезонов на установке ГАМС-4тт 1 (в введении (части автореферата), вообще 115 (2010). Дата обращения: 17 мая 2014.
  17. Исследование природы iota/eta(1440) в подходе киральной теории возмущений
  18. фонон
  19. Белявский В. И.. Экситоны в низкоразмерных системах // Соросовский образовательный журнал. — 1997. № 5. С. 93—99.
  20. Д. Б. Турчинович, В. П. Кочерешко, Д. Р. Яковлев, В. Оссау, Г. Ландвер, Т. Войтович, Г. Карчевский, Я. Коссут. Трионы в структурах с квантовыми ямами с двумерным электронным газом // Физика твердого тела.
  21. примесон
  22. Дроплетон — новая квантовая квазичастица, обладающая необычными свойствами
  23. поляритон
  24. Поляроны, сб. под ред. Ю. А. Фирсова, М., Наука, 1975
  25. магнон
  26. ротон
  27. квантовая диффузия
  28. дырка
  29. биэкситон
  30. КОЛЛЕКТИВНЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И КВАЗИЧАСТИЦЫ
  31. фазон
  32. флуктуон
  33. точно решаемые модели
  34. M. I. Katsnelson. Flexuron, a self-trapped state of electron in crystalline membranes // Phys. Rev. B 82, 205433 (2010)
  35. M.V. Volkenstein. The conformon // J Theor Biol. 34 (1), 193–195 (1972)
  36. Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — Москва: Советская энциклопедия, 1983. — С. 152. — 944 с.
  37. На тёмной стороне // STRF.ru — «Наука и технологии России», 12.12.2013
  38. Элементы — новости науки: Эксперимент CROWS по поиску гипотетических сверхлегких частиц дал отрицательный результат
  39. Удивительный мир внутри атомного ядра
  40. ПРОТОН�(АНТИ)ПРОТОННЫЕ СЕЧЕНИЯ И АМПЛИТУДЫ РАССЕЯНИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ И. М. Дремин
  41. Впервые удалось установить контроль над скирмионами (недоступная ссылка). Компьюлента (12 августа 2013). Дата обращения: 3 сентября 2014. Архивировано 5 сентября 2014 года.
  42. голдстоуновские бозоны
  43. Голдстоуновский фермион — Физическая энциклопедия
  44. фаддеева -попова духи
  45. Э. В. Шуряк. Кварк-глюонная плазма // УФН. — 1982.
  46. Мостепаненко В., д.ф.-м.н. Эффект Казимира // Наука и жизнь. — 1989. — № 12. — С. 144-145.
  47. В бозе-конденсате реализован синтетический магнитный монополь
  48. Jorma Louko, Robert B. Mann, Donald Marolf. Geons with spin and charge (неопр.) // Classical and Quantum Gravity. — 2005. Т. 22, № 7. С. 1451—1468. doi:10.1088/0264-9381/22/7/016. — . arXiv:gr-qc/0412012.
  49. Л. Окунь. СТРАННЫЕ ЧАСТИЦЫ (Схема изотопических мультиплетов) 553 (апрель 1957). — Т. LXI, вып. 4, количество страниц: 559. Дата обращения: 17 декабря 2012.
  50. Новая теория связывает массу нейтрино с ускоряющимся расширением Вселенной. (astronet.ru)
  51. Максимон М. А. Маркова и чёрные дыры
  52. Квазичастицы с неабелевой статистикой // Игорь Иванов, 8 октября 2009
  53. J. Frohlich, F. Gabbiani, Braid statistics in local quantum theory, Rev. Math. Phys., vol.2 (1991) 251—354.
  54. В. И. Манько, М. А. Марков. Свойства фридмонов и ранняя стадия эволюции Вселенной // ТМФ. — 1973. Т. 17, № 2. С. 160 — 164.
  55. Дэвонс С. Поиски магнитного монополя. — Успехи физических наук, 1965, т. 85, в. 4, с. 755—760 (Дополнение Б. М. Болотовского, там же, с. 761—762)
  56. New particle-like structure confirmed at the LHC | symmetry magazine
  57. Туннельные и многочастичные процессы в электрослабой теории и моделях теории поля
  58. Обнаружены первые свидетельства существования темной материи
  59. Альтшуллер Б. Л., Барвинский А. О. Квантовая космология и физика переходов с изменением сигнатуры пространства-времени // УФН. — 1966. — Т. 166.— № 5. — С. 459—492
  60. Hopfions in modern physics. Hopfion description
  61. ДОКЛАДЫ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ: Журнал. 2015, ТОМ 59, 1
  62. Кафедра физики частиц и космологии физического факультета МГУ]
  63.  : @@underline : LEV LIPATOV
  64. https://arxiv.org/pdf/hep-th/9605031.pdf
  65. Скирмионные состояния в хиральных жидких кристаллах Дж. де Маттеис, Л. Мартина, В. Турко
  66. Российские физики засекли частицу нового типа — псевдовекторную f1
  67. J. Khoury and A. Weltman, Phys. Rev. Lett. 93, 171104 (2004), J. Khoury and A. Weltman, Phys. Rev. D 69, 044026 (2004).
  68. Космические рубежи теории относительности Словарь терминов
  69. Барашенков В. С. Тахионы. Частицы, движущиеся со скоростями больше скорости света // УФН. — 1974. — Т. 114. — С. 133—149
  70. Luis González-Mestres (December 1997), Lorentz symmetry violation at Planck scale, cosmology and superluminal particles, http://arxiv.org/abs/physics/9712056 , Proceedings COSMO-97, First International Workshop on Particle Physics and the Early Universe : Ambleside, England, September 15-19, 1997.

Ссылки

  • S. Eidelman et al. Review of Particle Physics (англ.) // Physics Letters B : journal. — 2004. Vol. 592. P. 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.
  • Тимур Кешелава. Движение планет ограничило массу гравитона. https://nplus1.ru/news/2019/10/21/ephemeris-graviton
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.