Это список известных и предполагаемых частиц.
Элементарные частицы — это частицы без измеримой внутренней структуры; то есть неизвестно, состоят ли они из других частиц. [1] Они являются фундаментальными объектами квантовой теории поля . Существует множество семейств и подсемейств элементарных частиц. Элементарные частицы классифицируются в зависимости от их спина . Фермионы имеют полуцелый спин, тогда как бозоны имеют целочисленный спин. Все частицы Стандартной модели наблюдались экспериментально, включая бозон Хиггса в 2012 году. [2] [3] Многие другие гипотетические элементарные частицы, такие как гравитон , были предложены, но не наблюдались экспериментально.
Фермионы — один из двух фундаментальных классов частиц, второй — бозоны . Фермионные частицы описываются статистикой Ферми – Дирака и имеют квантовые числа , описываемые принципом исключения Паули . К ним относятся кварки и лептоны , а также любые составные частицы , состоящие из нечетного их числа, например все барионы и множество атомов и ядер.
Фермионы имеют полуцелый спин; для всех известных элементарных фермионов это 1 ⁄ 2 . Все известные фермионы, кроме нейтрино , также являются фермионами Дирака ; то есть каждый известный фермион имеет свою собственную античастицу . Неизвестно, является ли нейтрино фермионом Дирака или фермионом Майорана . [4] Фермионы являются основными строительными блоками всей материи . Они классифицируются в зависимости от того, взаимодействуют ли они посредством сильного взаимодействия или нет. В Стандартной модели существует 12 типов элементарных фермионов: шесть кварков и шесть лептонов .
Кварки являются фундаментальными составляющими адронов и взаимодействуют посредством сильного взаимодействия . Кварки — единственные известные носители дробного заряда , но поскольку они объединяются в группы по три кварка (барионы) или в пары из одного кварка и одного антикварка (мезоны), в природе наблюдается только целочисленный заряд. Соответствующие им античастицы — это антикварки , которые идентичны, за исключением того, что они несут противоположный электрический заряд (например, верхний кварк несет заряд + 2 ⁄ 3 , а верхний антикварк несет заряд − 2 ⁄ 3 ), цветовой заряд и барионное число. Существует шесть разновидностей кварков; три положительно заряженных кварка называются «кварками верхнего типа», а три отрицательно заряженных кварка называются «кварками нижнего типа».
Лептоны не взаимодействуют посредством сильного взаимодействия . Их соответствующие античастицы — это антилептоны , которые идентичны, за исключением того, что они несут противоположный электрический заряд и лептонное число. Античастицей электрона является антиэлектрон, который по историческим причинам почти всегда называют « позитроном ». Всего лептонов шесть; три заряженных лептона называются «электроноподобными лептонами», а нейтральные лептоны — « нейтрино ». Известно, что нейтрино колеблются , поэтому нейтрино определенного аромата не имеют определенной массы, а скорее существуют в суперпозиции собственных массовых состояний . Гипотетическое тяжелое правое нейтрино, называемое « стерильным нейтрино », не было упомянуто.
Бозоны — одна из двух фундаментальных частиц, имеющих целые спиновые классы частиц, другая — фермионы . Бозоны характеризуются статистикой Бозе-Эйнштейна и все имеют целые спины. Бозоны могут быть либо элементарными, как фотоны и глюоны , либо составными, как мезоны .
Согласно Стандартной модели , элементарными бозонами являются:
Бозон Хиггса постулируется электрослабой теорией прежде всего для объяснения происхождения масс частиц . В процессе, известном как « механизм Хиггса », бозон Хиггса и другие калибровочные бозоны Стандартной модели приобретают массу посредством спонтанного нарушения калибровочной симметрии SU(2). Минимальная суперсимметричная стандартная модель (MSSM) предсказывает несколько бозонов Хиггса. 4 июля 2012 года была открыта новая частица с массой отзаявлено 125 и 127 ГэВ/ c 2 ; физики подозревали, что это был бозон Хиггса. С тех пор было показано, что частица ведет себя, взаимодействует и распадается многими способами, предсказанными для частиц Хиггса Стандартной моделью, а также имеет четность и нулевой спин — два фундаментальных атрибута бозона Хиггса. Это также означает, что это первая элементарная скалярная частица, обнаруженная в природе.
Элементарные бозоны, ответственные за четыре фундаментальные силы природы, называются силовыми частицами ( калибровочными бозонами ). Сильное взаимодействие опосредовано глюоном , слабое — W- и Z-бозонами.
Гравитон — это гипотетическая частица , которая была включена в некоторые расширения стандартной модели для передачи гравитационной силы. Он находится в особой категории между известными и гипотетическими частицами: как ненаблюдаемая частица, которая не предсказана и не требуется для Стандартной модели , она принадлежит к таблице гипотетических частиц ниже. Но гравитационная сила сама по себе является несомненным фактом, и для выражения этой известной силы в рамках квантовой теории поля требуется бозон, который будет ее посредником.
Если он существует, ожидается, что гравитон будет безмассовым, поскольку гравитационная сила имеет очень большую дальность действия и, по-видимому, распространяется со скоростью света. Гравитон должен быть бозоном со спином -2 , поскольку источником гравитации является тензор энергии-импульса , тензор второго порядка (по сравнению с фотоном со спином 1 в электромагнетизме , источником которого является четырехток , первый ток). тензор порядка). Кроме того, можно показать, что любое безмассовое поле со спином 2 приведет к возникновению силы, неотличимой от гравитации, поскольку безмассовое поле со спином 2 будет связываться с тензором энергии-импульса так же, как это происходит с гравитационными взаимодействиями. Этот результат предполагает, что если будет обнаружена безмассовая частица со спином 2, то это должен быть гравитон. [8]
Суперсимметричные теории предсказывают существование большего количества частиц, ни одна из которых не была подтверждена экспериментально.
Подобно тому, как фотон, Z-бозон и W ± -бозоны являются суперпозициями полей B0 , W0 , W1 и W2 , фотоно, zino и wino ± являются суперпозициями полей bino 0 , wino 0 , wino 1 , и Вино 2 . Независимо от того, используете ли вы в качестве основы исходные гавино или эти суперпозиции, единственными предсказанными физическими частицами являются нейтралино и чаргино как их суперпозиция вместе с хиггсино.
Другие теории предсказывают существование дополнительных элементарных бозонов и фермионов, при этом некоторые теории также постулируют наличие дополнительных суперпартнеров для этих частиц:
Сложные частицы представляют собой связанные состояния элементарных частиц.
Адроны определяются как сильно взаимодействующие составные частицы . Адроны – это:
Кварковые модели , впервые предложенные в 1964 году независимо Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом (которые называли кварки «тузами»), описывают известные адроны как состоящие из валентных кварков и/или антикварков, тесно связанных силой цвета , которая опосредована глюоны . (Взаимодействие кварков и глюонов описывается теорией квантовой хромодинамики .) В каждом адроне также присутствует «море» виртуальных пар кварк-антикварк.
Обычные барионы (составные фермионы ) содержат по три валентных кварка или по три валентных антикварка каждый.
Обычные мезоны состоят из валентного кварка и валентного антикварка . Поскольку мезоны имеют целый спин (0 или 1) и сами по себе не являются элементарными частицами, их классифицируют как «составные» бозоны , хотя они состоят из элементарных фермионов . Примеры мезонов включают пион , каон и J/ψ . В квантовой адродинамике мезоны являются посредниками в остаточном сильном взаимодействии между нуклонами.
В то или иное время о положительных сигнатурах сообщалось для всех следующих экзотических мезонов, но их существование еще не подтверждено.
Атомные ядра обычно состоят из протонов и нейтронов, хотя экзотические ядра могут состоять из других барионов, например гипертритона , который содержит гиперон . Эти барионы (протоны, нейтроны, гипероны и т. д.), составляющие ядро, называются нуклонами. Каждый тип ядра называется « нуклидом », и каждый нуклид определяется конкретным количеством нуклонов каждого типа.
Атомы — мельчайшие нейтральные частицы, на которые можно разделить вещество в результате химических реакций . Атом состоит из небольшого тяжелого ядра, окруженного относительно большим легким облаком электронов. Атомное ядро обычно состоит из 1 или более протонов и 0 или более нейтронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из кварков. Каждому типу атома соответствует определенный химический элемент . На сегодняшний день открыто или создано 118 элементов.
Экзотические атомы могут состоять из частиц в дополнение или вместо протонов, нейтронов и электронов, таких как гипероны или мюоны. Примеры включают пионий (
π−
π+
) и атомы кваркония .
Лептонные атомы, названные с помощью -ония , представляют собой экзотические атомы, состоящие из связанного состояния лептона и антилептона. Примеры таких атомов включают позитроний (
е−
е+
), мюоний (
е−
мкм+
) и « истинный мюоний » (
мкм−
мкм+
). Из них позитроний и мюоний наблюдались экспериментально, тогда как «истинный мюоний» остается лишь теоретическим.
Молекулы – это мельчайшие частицы, на которые можно разделить вещество, сохранив при этом химические свойства вещества. Каждому типу молекул соответствует определенное химическое вещество . Молекула представляет собой смесь двух или более атомов. Атомы объединяются в фиксированной пропорции, образуя молекулу. Молекула – одна из основных единиц материи.
Ионы — это заряженные атомы ( одноатомные ионы ) или молекулы ( многоатомные ионы ). К ним относятся катионы, имеющие суммарный положительный заряд, и анионы, имеющие суммарный отрицательный заряд.
Квазичастицы — это эффективные частицы, существующие во многих системах частиц. Уравнения поля физики конденсированного состояния удивительно похожи на уравнения физики частиц высоких энергий. В результате большая часть теории физики элементарных частиц применима и к физике конденсированного состояния; в частности, существует ряд возбуждений поля, называемых квазичастицами , которые можно создавать и исследовать. К ним относятся:
Следующие категории не являются уникальными или отдельными: например, WIMP или WISP также являются FIP .