БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)

  Электрические заряды изученных Э. ч. являются целыми кратными от величины е » 1,6×10-19 к, называются элементарным электрическим зарядом. У известных Э. ч. Q = 0, ±1, ±2.

  Помимо указанных величин Э. ч. дополнительно характеризуются ещё рядом квантовых чисел, называются внутренними. Лептоны несут специфический лептонный заряд L двух типов: электронный (L e ) и мюонный (L m ); L e = +1 для электрона и электронного нейтрино, L m = +1 для отрицательного мюона и мюонного нейтрино. Тяжёлый лептон t; и связанное с ним нейтрино, по-видимому, являются носителями нового типа лептонного заряда L t .

  Для адронов L = 0, и это ещё одно проявление их отличия от лептонов. В свою очередь, значительные части адронов следует приписать особый барионный заряд В (|Е| = 1). Адроны с В = +1 образуют подгруппу барионов (сюда входят протон, нейтрон, гипероны, барионные резонансы), а адроны с В = 0 — подгруппу мезонов (p- и К-мезоны, бозонные резонансы). Название подгрупп адронов происходит от греческих слов barýs — тяжёлый и mésos — средний, что на начальном этапе исследований Э. ч. отражало сравнительные величины масс известных тогда барионов и мезонов. Более поздние данные показали, что массы барионов и мезонов сопоставимы. Для лептонов В = 0. Для фотона В = 0 и L = 0.

  Барионы и мезоны подразделяются на уже упоминавшиеся совокупности: обычных (нестранных) частиц (протон, нейтрон, p-мезоны), странных частиц (гипероны, К-мезоны) и очарованных частиц. Этому разделению отвечает наличие у адронов особых квантовых чисел: странности S и очарования (английское charm) Ch с допустимыми значениями: 151 = 0, 1, 2, 3 и |Ch | = 0, 1, 2, 3. Для обычных частиц S = 0 и Ch = 0, для странных частиц |S | ¹ 0, Ch = 0, для очарованных частиц |Ch | ¹ 0, а |S | = 0, 1, 2. Вместо странности часто используется квантовое число гиперзаряд Y = S + В, имеющее, по-видимому, более фундаментальное значение.

  Уже первые исследования с обычными адронами выявили наличие среди них семейств частиц, близких по массе, с очень сходными свойствами по отношению к сильным взаимодействиям, но с различными значениями электрического заряда. Протон и нейтрон (нуклоны) были первым примером такого семейства. Позднее аналогичные семейства были обнаружены среди странных и (в 1976) среди очарованных адронов. Общность свойств частиц, входящих в такие семейства, является отражением существования у них одинакового значения специального квантового числа — изотопического спина I, принимающего, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Сами семейства обычно называются изотопическими мультиплетами. Число частиц в мультиплете (п ) связано с I соотношением: n = 2I + 1. Частицы одного изотопического мультиплета отличаются друг от друга значением «проекции» изотопического спина I 3 , и соответствующие значения Q даются выражением:

  Важной характеристикой адронов является также внутренняя чётность Р, связанная с операцией пространств, инверсии: Р принимает значения ±1.

  Для всех Э. ч. с ненулевыми значениями хотя бы одного из зарядов О, L, В, Y (S ) и очарования Ch существуют античастицы с теми же значениями массы т, времени жизни t, спина J и для адронов изотопического спина 1, но с противоположными знаками всех зарядов и для барионов с противоположным знаком внутренней чётности Р. Частицы, не имеющие античастиц, называются абсолютно (истинно) нейтральными. Абсолютно нейтральные адроны обладают специальным квантовым числом — зарядовой чётностью (т. е. чётностью по отношению к операции зарядового сопряжения ) С со значениями ±1; примерами таких частиц могут служить фотон и p0 .

  Квантовые числа Э. ч. разделяются на точные (т. е. такие, которые связаны с физическими величинами, сохраняющимися во всех процессах) и неточные (для которых соответствующие физические величины в части процессов не сохраняются). Спин J связан со строгим законом сохранения момента количества движения и потому является точным квантовым числом. Другие точные квантовые числа: Q, L, В; по современным данным, они сохраняются при всех превращениях Э. ч. Стабильность протона есть непосредственное выражение сохранения В (нет, например, распада р ® е + + g). Однако большинство квантовых чисел адронов неточные. Изотопический спин, сохраняясь в сильных взаимодействиях, не сохраняется в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Странность и очарование сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабых взаимодействиях. Слабые взаимодействия изменяют также внутреннюю и зарядовую чётности. С гораздо большей степенью точности сохраняется комбинированная чётность СР, однако и она нарушается в некоторых процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями. Причины, вызывающие несохранение многих квантовых чисел адронов, неясны и, по-видимому, связаны как с природой этих квантовых чисел, так и с глубинной структурой электромагнитных и слабых взаимодействий. Сохранение или несохранение тех или иных квантовых чисел — одно из существенных проявлений различий классов взаимодействий Э. ч.

  Табл. 1. — Основные элементарные частицы и их характеристики

Частица Античастица Масса, Мэв J P I , Y , Ch Время жизни, сек , ширина, Мэв (*) Фотон g 0 1- — стабилен Лептоны e- e+ 0,511003(1) &frac12; — стабильны n ñe 0(<3 ×10- 5 ) &frac12; — стабильны m- m+ 105,6595(3) &frac12; — 2,19713(7)×10- 6 n ñm 0(<0,4) &frac12; — стабильны t- t+ 1900(100) &frac12; — ? n ñt <600 &frac12; — ? Мезоны (В=0) p+ p- 0- ö 1,0,0 2,603(2)×10- 8 p0 0,83(6)×10- 16 * r+ r0 r- 773(3) 1- 152(3) * B+ B0 B- 1230(10) 1+ 125(10) * 1310(5) 2+ ý 102(5) * r’+ r’0 r’- 1600 1- ~400 * g+ g0 g- 1690(20) 3- 180(30) * S+ S0 S- 1940 4+ ø 54 h 548,8(6) 0- ö 0,0,0 7(1)×10- 19 * w 782,7(3) 1- 10,0(4) * h’ 957,6(3) 0- <1 * j 1019,7(3) 1- 4,1(2) * f 1270(5) 2+ 180(20) * f’ 1516(3) 2+ 40(10) * w’ 1667(10) 3- 140(10) * h 2020(25) 4+ ý 180(50) * hc 2820(20) 0- ? ? * y 3095(4) 1- 0,069(15) * y’ 3684(5) 1- 0,228(56) * y’’ 3772(6) 1- 28(5) * y’’’ 4414(7) 1- 33(10) * ¡ 9410(10) 1- ? ? * ¡’ 10060(30) 1- ? ø ? 493,71(4) 0 ö &frac12;,1,0 1,237(3)×10- 8 497,7(1) * 892,2(5) 1 ý 50(1) * 1242(10) 1 127(25) * 1421(3) 2 100(10) * 1765(10) ? ø 140(50) * 1868,4(9) 0- ö &frac12;,-⅓,1 ? 1863,3(9) 0- ý ? * 2009(1) 1- ? * 2006(1,5) 1- ø ? Барионы (ïВ÷=1) p p̃ &frac12;+ ö &frac12;,1,0 стабильны n ñ 918(14) * 1470 &frac12;+ ~200 * 1520 3 ∕2 - ý ~125 * 1688 5 ∕2 + ~140 * 2190 7 ∕2 - ~250 * 2220 9 ∕2 + ø ~300 * 1232 3 ∕2 + ö 3 ∕2 ,1,0 ~110 * 1650 &frac12;- ý ~140 * 1890 5 ∕2 + ~250 * 1950 7 ∕2 + ø ~220 * L L̃ 1115,60(5) &frac12;+ 0,0,0 2,58(2)×10- 10 * L1 L̃1 1405(5) &frac12;- 40(10) * L2 L̃2 1518(2) 3 ∕2 - 16(2) * L3 L̃3 1820(5) 5 ∕2 + 85 * L4 L̃4 2100 7 ∕2 - 250 S+ S̃+ ö 1,0,0 0,800(6)×10- 10 S0 S̃0 &frac12;+ <1×10- 14 S- S̃- 1,482(17) 10- 10 * S*+ S*0 S*- S̃*+ S̃*0 S̃*- 1383(1) 3 ∕2 + ý 35(2) * 1670(10) 3 ∕2 - ~50 * 1765(5) 5 ∕2 - ~120 * 2030 7 ∕2 + ø ~180 X0 X̃0 ö &frac12;,—1,0 2,96(12) 10- 10 X- X̃- &frac12;+ 1,65(2) 10- 10 * X*0 X*- X̃*0 X̃*- 1531,8(3) 3 ∕2 + ý 9,1(5) * X 1820 ? ø ~60 W- W̃- 1672,2(4) 3 ∕2 + 0,—2,0 1,3(2) 10- 10 2260(10) &frac12;? 0,—2 ∕3 ,1 <75? 2450 &frac12;? 1,—2 ∕3 ,1 ?

  В табл. 1 приведены наиболее хорошо изученные Э. ч. из групп лептонов и адронов и их квантовые числа. В специальную группу выделен фотон. Раздельно даны частицы и античастицы (изменение Р у антибарионов не указано). Абсолютно нейтральные частицы помещены посередине первой колонки. Слева значком * помечены резонансы, для которых вместо т приведена более удобная величина — ширина резонанса . Члены одного изотопического мультиплета расположены в одной строке, иногда с небольшим смещением (в тех случаях, когда даются характеристики каждого члена мультиплета).