СПбГУ

Санкт-Петербургский государственный университет

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

                                                   

1. Систематика частиц. Фермионы, бозоны. Лептоны, адроны, калибровочные бозоны

 


Относительная сила взаимодействий

Взаимо-
действие
Характерная
константа
взаимо-
действия
Частицы, участвующие
во взаимо-
действии
Кванты
взаимо-
действия
Масса
кванта
(ГэВ)
Характерное
время
взаимо-
действия (с)
Характерный
радиус
взаимо-
действия (см)
Сильное
1
Кварки
(адроны)
Глюон
0
10—23-10—25
¦ 10—13
Электро
магнитное
10—2
Заряженные частицы
gквант
0
10—18
infinite
Слабое
10—6
Все частицы
W¦ -бозон,
Z0-бозон
80—91
10—12
10—16
Гравита-
ционное
10—38
Все частицы
Гравитон-?
0
 
infinite

Характеристики нейтрона, протона и электрона.

 
n
p
e
Масса, МэВ/c2
939.6
938.3
0.511
Спин,
1/2
1/2
1/2
Заряд,
(4.8·10—10 CGSE)
0
+1
-1
Магнитный момент,
-1.91
2.79
Период полураспада
10.4 мин.
Стаб.
Стаб.
Схема распада нейтрона:

 


Статистика

Статистика — свойство системы тождественных частиц. Статистика является следствием принципа неразличимости частиц одного сорта (тождественных частиц) и вероятностного характера событий в микромире.

2 частицы (1, 2). 2 состояния (y1, y2).



Классический случай





Статистика Бозе-Эйнштейна





Статистика Ферми-Дирака





Принцип Паули





Многочастичный случай





Симметричные состояния a = +1.





Статистика Бозе-Эйнштейна. Бозоны (J = 0, 1, 2, …).



Антисимметричные состояния a = -1.





Статистика Ферми-Дирака. Фермионы (J = 1/2, 3/2, …).

 


Барионный заряд, B

Все сильновзаимодействующие частицы (адроны) с полуцелым спином имеют барионный заряд B=+1. Адроны с целым спином (мезоны) — B =0. Сильновзаимодействующие античастицы с полуцелым спином имеют B=-1. В замкнутой системе барионный заряд сохраняется.


Адроны

Частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, называются адронами. Они подразделяются на барионы, имеющие барионный заряд B=1, и мезоны, для которых B=0. Барионы являются фермионами (имеют полуцелый спин), мезоны являются бозонами (имеют нулевой или целочисленный спин). Адроны также характеризуются квантовыми числами s (странность), c (очарование), b (красота), t (истина), изоспином I и его третьей проекцией I3. Лептоны не участвуют в сильных взаимодействиях, имеют спин 1/2 и лепто нные заряды Le, Lm, Lt.


Законы сохранения

Взаимодействие
Сильное
Электромагнитное
Слабое
Аддитивные законы сохранения:
Электрический заряд, Q
+
+
+
Энергия, E
+
+
+
импульс, p
+
+
+
Угловой момент, J
+
+
+
Барионный заряд, B
+
+
+
Лептонные заряды,
+
+
+
Странность, s
+
+
-
Очарование, c
+
+
-
Красота, b
+
+
-
Истина, t
+
+
-
Изоспин, I
+
-
-
Проекция изоспина, I3
+
+
-
Мультипликативные законы сохранения:
Пространственная четность, P
+
+
-
Зарядовая четность, C
+
+
-
Временная четность, T
+
+
-
Комбинированная четность, CP
+
+
-
CPT-четность
+
+
+
G-четность
+
-
-

 В процессе взаимодействий и превращений частиц выполняются определенные законы сохранения. Информация о том, какие величины сохраняются в различных взаимодействиях, приведена выше. Знак «+» («-») показывает, что данная величина сохраняется (не сохраняется). В аддитивных законах сохраняется сумма величин, в мультипликативных законах — произведение величин, которые могут быть равны +1 или -1.


Таблица частиц

Лептоны
Частица
Масса
Время жизни
ne
< 7 eV
стабильно
nm
< 0.17 MeV
стабильно
nt
< 24 MeV
стабильно
e
0.511 MeV
>4.3×1023 лет
m
105.66 MeV
2.2x10—6 с
t
1777 MeV
2.9x10—13 с
L — лептонное число

 


Лептонные числа Le, Lm, Lt

Лептонные числа Le, Lm, Ltприсваивают частицам, образующим группу лептонов. Лептонные числа Le, Lm, Lt имеют значения, равные -1, 0, 1. Лептоны не участвуют в сильных взаимодействиях.

Лептонные числа Le, Lm, Ltс охраняются во всех видах взаимодействий


Промежуточные бозоны , , 1983 г.

Частица
Масса
Время жизни, ширина
Спин J
80.33 ГэВ
2.07 ГэВ
1
91.19 ГэВ
2.49 ГэВ
1

Мезоны (B=0)

Частица
Масса, mc2, МэВ
Время жизни t или ширина G
Спин-четность, изоспин, JP(I)
Основные моды распада
139.57
2.6×10-8с
0-(1)
p0
134.98
8.4×10-17 с
0-(1)
2g
K¦
494
1.2×10-8 с
0-(1/2)
498
KL 5.2×10-8 с
KS 0.9×10-10 с
0-(1/2)
KL: p+p-p0; p0p0p0
KS : p+p-; p0p 0
h
547
1.18 КэВ
0-(0)
2g; 3p0
r¦ , r0
770
150 МэВ
1-(1)
2p
w
782
8.4 МэВ
1-(0)
3p
j
1019
4.4 МэВ
1-(0)
2K
J/y
3097
87 КэВ
1-(0)
адроны; e+e-; m+m-
9460
52 КэВ
1-(0)
адроны; e+e-; m+m-; t+t -

Барионы (B=1)


Частица
Масса, mc2, MeV
Время жизни t или ширина G
Спин-четность, изоспин, JP(I)
Основные моды распада
p (N+)
938.27
>1.6×1025 лет
1/2+(1/2)
 
n (N0)
939.57
887 c
1/2+(1/2)
L
1116
2.6×10-10 с
1/2+(0)
np0; pp-
S+
1189
0.8×10-10 с
1/2+(1)
np+; pp0
S0
1193
7.4×10-20 с
1/2+(1)
Lg
S-
1197
1.5×10-10 с
1/2+(1)
np-
X 0
1315
2.9×10-10 с
1/2+(1/2)
Lp0
X -
1321
1.6×10-10 с
1/2+(1/2)
Lp-
W-
1672
0.8×10-10 с
3/2+(0)
LK-; X 0p-; X -p0
D++, D+, D0, D-
1230
0.9 MeV
3/2+(3/2)
Np

Ответственный за содержание: С. С. Смирнова, s.s.smirnova@spbu.ru

Поиск