Список частиц - List of particles

Это список известных и предполагаемых частиц.

Элементарные частицы

Основная статья: Элементарная частица

Элементарные частицы - это частицы без измеримой внутренней структуры; то есть неизвестно, состоят ли они из других частиц.[1] Они являются основными объектами квантовая теория поля. Существует множество семейств и подсемейств элементарных частиц. Элементарные частицы классифицируются по их вращение. Фермионы иметь полуцелое вращение, а бозоны иметь целочисленный спин. Все частицы Стандартная модель наблюдались экспериментально, в последнее время в том числе бозон Хиггса в 2012.[2][3] Многие другие гипотетические элементарные частицы, такие как гравитон, были предложены, но не наблюдались экспериментально.

Фермионы

Основная статья: Фермион

Фермионы - один из двух фундаментальных классов частиц, второй - бозоны. Фермионные частицы описываются формулами Статистика Ферми – Дирака и имеют квантовые числа описанный Принцип исключения Паули. Они включают кварки и лептоны, а также любые композитные частицы состоящий из нечетного числа таких, например, все барионы и много атомов и ядер.

Фермионы имеют полуцелый спин; для всех известных элементарных фермионов это1⁄2. Все известные фермионы, кроме нейтрино, являются также Фермионы Дирака; то есть каждый известный фермион имеет свой собственный античастица. Неизвестно, были ли нейтрино это Фермион Дирака или Майорана фермион.[4] Фермионы - это основные строительные блоки всех дело. Они классифицируются в зависимости от того, взаимодействуют ли они через сильное взаимодействие или нет. В Стандартной модели существует 12 типов элементарных фермионов: шесть кварки и шесть лептоны.

Кварки

Основная статья: Кварк

Кварки - фундаментальные составляющие адроны и взаимодействовать через сильная сила. Кварки - единственные известные переносчики дробный заряд, но потому что они объединяются в группы по три (барионы) или пары из одного кварка и одного кварка. антикварк (мезоны) в природе наблюдается только целочисленный заряд. Их соответствующие античастицы являются антикварки, которые идентичны, за исключением того, что они несут противоположный электрический заряд (например, верхний кварк несет заряд +2⁄3, а антикварк вверх несет заряд -2⁄3), цветовой заряд и барионное число. Шесть ароматы кварков; три положительно заряженных кварка называются «кварками восходящего типа», а три отрицательно заряженных кварка называются «кварками нижнего типа».

Кварки
ПоколениеимяСимволАнтичастицаВращениеПлата
(е )		Масса (МэВ /c2) [5]
1вверхты
ты
​1⁄2+​2⁄32.2+0.6
−0.4
внизd
d
​1⁄2−​1⁄34.6+0.5
−0.4
2очарованиеc
c
​1⁄2+​2⁄31,280±30
странныйs
s
​1⁄2−​1⁄396+8
−4
3верхт
т
​1⁄2+​2⁄3173,100±600
дноб
б
​1⁄2−​1⁄34,180+40
−30

Лептоны

Основная статья: Лептоны

Лептоны не взаимодействуют через сильное взаимодействие. Их соответствующие античастицы являются антилептоны, которые идентичны, за исключением того, что они несут противоположный электрический заряд и лептонное число. Античастица электрон антиэлектрон, который почти всегда называют "позитрон «по историческим причинам. Всего существует шесть лептонов; три заряженных лептона называются« электроноподобными лептонами », а нейтральные лептоны -«нейтрино ". Нейтрино известно колебаться, так что нейтрино определенного аромат не имеют определенной массы, скорее они существуют в суперпозиции массы собственные состояния. Гипотетическое тяжелое правое нейтрино, названное "стерильное нейтрино ", был исключен из списка.

Лептоны
ПоколениеимяСимволАнтичастицаВращениеПлата
(е )		Масса (МэВ /c2) [5]
1Электрон
е−

е+
​1⁄2−10.511[примечание 1]
Электронное нейтрино
ν
е
ν
е		​1⁄20< 0.0000022
2Мюон
μ−

μ+
​1⁄2−1105.7[заметка 2]
Мюонное нейтрино
ν
μ
ν
μ		​1⁄20< 0.170
3Тау
τ−

τ+
​1⁄2−11,776.86±0.12
Тау нейтрино
ν
τ
ν
τ		​1⁄20< 15.5
  1. ^ Масса электрона очень точно известна как 0,5109989461 ± 0,0000000031 МэВ / c.2
  2. ^ Масса мюона очень точно известна как 105,6583745 ± 0,0000024 МэВ / c.2


Бозоны

Основная статья: Бозон

Бозоны - это один из двух фундаментальных классов частиц, второй - фермионы. Бозоны характеризуются Статистика Бозе – Эйнштейна и у всех есть целые вращения. Бозоны могут быть как элементарными, так и фотоны и глюоны, или составной, например мезоны.

Согласно Стандартная модель простейшие бозоны:

имяСимволАнтичастицаВращениеПлата (е )Масса (ГэВ / c2) [5]Взаимодействие опосредованоНаблюдаемый
ФотонγЯ100Электромагнетизмда
W-бозон
W−

W+
1−180.385±0.015Слабое взаимодействиеда
Z-бозон
Z
Я1091.1875±0.0021Слабое взаимодействиеда
Глюон
г
Я100Сильное взаимодействиеда
бозон Хиггса
ЧАС0
Я00125.09±0.24Массада

В бозон Хиггса постулируется электрослабая теория в первую очередь, чтобы объяснить происхождение массы частиц. В процессе, известном как "Механизм Хиггса ", бозон Хиггса и другие калибровочные бозоны в Стандартной модели приобретают массу через спонтанное нарушение симметрии калибровочной симметрии SU (2). В Минимальная суперсимметричная стандартная модель (MSSM) предсказывает несколько бозонов Хиггса. Новая частица, которая, как ожидается, будет бозоном Хиггса, наблюдалась на ЦЕРН / БАК 14 марта 2013 г. около энергии 126,5 ГэВ с точностью около пяти сигм (99,9999%, что принято в качестве окончательной). Механизм Хиггса, придающий массу другим частицам, не наблюдался.

Элементарные бозоны, ответственные за четыре фундаментальные силы природы называются частицы силы (калибровочные бозоны ). Сильное взаимодействие опосредовано глюон, слабое взаимодействие через W- и Z-бозоны.

имяСимволАнтичастицаВращениеПлата (е )Масса (ГэВ / c2) [5]Взаимодействие опосредованоНаблюдаемый
ГравитонгЯ200ГравитацияНет

В гравитон, перечисленная отдельно выше, представляет собой гипотетическую частицу, которая была включена в некоторые расширения стандартной модели для посредничества гравитационный сила. Он находится в особой категории между известными и гипотетическими частицами: как ненаблюдаемая частица, которая не предсказывается и не требуется для Стандартная модель, он находится в таблице гипотетических частиц ниже. Но гравитационная сила сама по себе является несомненной и выражает эту известную силу в рамках квантовая теория поля для его посредничества требуется бозон.

Гипотетические частицы

Суперсимметричный теории предсказывают существование большего количества частиц, ни одна из которых не подтверждена экспериментально.

Суперпартнеры (Sparticles)
СуперпартнерВращениеЗаметкисуперпартнер:
Чарджино​1⁄2Чарджино суперпозиции из суперпартнеры заряженных бозонов Стандартной модели: заряженные бозон Хиггса и W-бозон.
MSSM предсказывает две пары чарджино.		заряженные бозоны
глюино​1⁄2Восемь глюоны и восемь глюино.глюон
Gravitino​3⁄2Предсказано супергравитация (СУГРА). В гравитон тоже гипотетически - см. следующую таблицу.гравитон
Хиггсино​1⁄2Для суперсимметрии необходимо несколько бозонов Хиггса, нейтральных и заряженных, в соответствии с их суперпартнерами.бозон Хиггса
нейтралино​1⁄2Нейтралино суперпозиции из суперпартнеры нейтральных бозонов Стандартной модели: нейтральные бозон Хиггса, Z-бозон и фотон.
Самый легкий нейтралино - ведущий кандидат на темная материя.
В MSSM предсказывает четыре нейтралино.		нейтральные бозоны
фотино​1⁄2Смешивание с зино и нейтральным хиггсино для нейтралино.фотон
Sleptons0Суперпартнеры лептоны (электрон, мюон, тау) и нейтрино.лептоны
снейтрино0Представлен многими расширениями Стандартной супермодели и может потребоваться для объяснения LSND Результаты.
Особую роль играет стерильный снейтрино, суперсимметричный аналог гипотетического правого нейтрино, названный "стерильное нейтрино ".		нейтрино
скварки0Стоп-скварк (суперпартнер верхний кварк ) считается малой массой и часто является предметом экспериментальных поисков.кварки
алкаш, зино​1⁄2Смешивание заряженного алкаша с заряженным хиггсино для чарджино, о зино см. Строку вышеW± и Z0 бозоны

Так же, как фотон, Z-бозон и W± бозоны являются суперпозициями B0, Вт0, Вт1, а W2 поля, фотино, зино и алкаш± суперпозиции бино0, пьяница0, пьяница1, и пьяница2. Независимо от того, использует ли кто-то исходные гауджино или эту суперпозицию в качестве основы, единственными предсказанными физическими частицами являются нейтралино и чарджино как их суперпозиция вместе с хиггсино.

Другие теории предсказывают существование дополнительных бозонов:

Другие гипотетические бозоны и фермионы
имяВращениеЗаметки
аксион0Псевдоскалярная частица, введенная в Теория Печчеи-Куинна решить проблема сильного CP.
аксино​1⁄2Суперпартнер аксиона. Образует вместе с саксионом и аксионом a супермультиплет в суперсимметричных расширениях теории Печчеи – Куинна.
Branon?Прогнозируется в мир бран модели.
хамелеон0возможный кандидат на темная энергия и темная материя, и может способствовать космическая инфляция.
дилатон0Предсказывается некоторыми теориями струн.
дилатино​1⁄2Суперпартнер дилатона.
дуальный гравитон2Была выдвинута гипотеза как двойная гравитон под электрическая-магнитная двойственность ] в супергравитация.
гравифотон1Также известен как «гравивектор».[6]
гравискалар0Также известен как «радион».
надувной0Неизвестный носитель силы, предположительно имеющий физическую причину космологического «инфляция ”- Быстрая экспансия от 10−35 до 10−34 секунды после Большой взрыв.
магнитный фотон?А. Салам (1966). «Магнитный монополь и двухфотонные теории C-нарушения». Physics Letters 22 (5): 683–684.
майор0Предсказано понять нейтрино масс механизм качелей.
майорана фермион​1⁄2 ; ​3⁄2 ?...глюино, нейтралино, или другое - свое античастица.
саксион0
X17 частица?возможная причина аномальных результатов измерений около 17 МэВ и возможный кандидат в темная материя.
X- и Y-бозоны1Эти лептокварки предсказываются Теории GUT быть более тяжелыми эквивалентами W и Z.
W 'и Z' бозоны1

Зеркальные частицы предсказываются теориями, восстанавливающими симметрия четности.

"Магнитный монополь "- это общее название частиц с ненулевым магнитным зарядом. Они предсказываются некоторыми GUT.

"Тахион "- это общее название гипотетических частиц, которые движутся со скоростью, превышающей скорость света (и поэтому парадоксальным образом воспринимают время в обратном направлении из-за обращения Теория относительности ) и иметь воображаемый масса покоя, они нарушили бы законы причинности.

Преоны были предложены как субчастицы кварков и лептонов, но современные коллайдер эксперименты почти исключили их существование.

Калуца ​​– Башни Клейна частиц предсказываются некоторыми моделями дополнительных измерений. Дополнительный импульс проявляется как дополнительная масса в четырехмерном пространстве-времени.

Композитные частицы

Адроны

Основная статья: Адрон

Адроны определяются как сильно взаимодействующий композитные частицы. Адроны бывают либо:

  • Составные фермионы (особенно 3 кварка), в этом случае их называют барионы.
  • Составные бозоны (особенно 2 кварка), в этом случае их называют мезоны.

Кварковые модели, впервые предложенный в 1964 году независимо Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг (которые называли кварки "тузами"), описывают известные адроны как состоящие из валентных кварки и / или антикварки, прочно связанные цветовая сила, который опосредуется глюоны. (Взаимодействие кварков и глюонов описывается теорией квантовая хромодинамика.) В каждом адроне также присутствует «море» виртуальных кварк-антикварковых пар.

Барионы

Комбинация трех u, d или s-кварков с общим спином3⁄2 образуют так называемый «барионный декуплет».
Структура протонного кварка: 2 верхних кварка и 1 нижний кварк. Глюонные трубки или трубки потока, как теперь известно, имеют Y-образную форму.
Смотрите также: Список барионов

Обыкновенный барионы (составной фермионы ) содержат по три валентных кварка или по три валентных антикварка.

  • Нуклоны - фермионные составляющие нормальных атомных ядер:
    • Протоны, состоящий из двух верхних и одного нижнего кварка (uud)
    • Нейтронов, состоящий из двух нижних и одного верхнего кварка (ddu)
  • Гипероны, такие как частицы Λ, Σ, Ξ и Ω, которые содержат один или несколько странные кварки, короткоживущие и тяжелее нуклонов. Хотя обычно они не присутствуют в атомных ядрах, они могут появляться в короткоживущих гиперядра.
  • Количество Зачарованные и дно барионы также наблюдались.
  • Пентакварки состоят из четырех валентных кварков и одного валентного антикварка.
  • Другой экзотические барионы также может существовать.

Мезоны

Мезоны со спином 0 образуют нонет
Смотрите также: Список мезонов

Обыкновенный мезоны состоят из валентный кварк и валентность антикварк. Потому что мезоны имеют вращение 0 или 1 и сами не являются элементарными частицами, они являются "составными" бозоны. Примеры мезонов включают пион, Каон, а Дж / ψ. В квантовая гадродинамика, мезоны опосредуют остаточная сильная сила между нуклонами.

В тот или иной момент положительный подписи были зарегистрированы для всех следующих экзотические мезоны но их существование еще не подтверждено.

  • А тетракварк состоит из двух валентных кварков и двух валентных антикварков;
  • А глюбол - связанное состояние глюонов без валентных кварков;
  • Гибридный мезоны состоят из одной или нескольких валентных кварк-антикварковых пар и одного или нескольких реальных глюонов.

Атомные ядра

А полуточный изображение гелий атом. В ядре протоны показаны красным цветом, а нейтроны - фиолетовым. На самом деле ядро ​​тоже сферически симметрично.

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Каждый тип ядра содержит определенное количество протонов и определенное количество нейтронов и называется "нуклид " или "изотоп ". Ядерные реакции может превратить один нуклид в другой. Увидеть таблица нуклидов для получения полного списка изотопов.

Атомы

Атомы - мельчайшие нейтральные частицы, на которые можно разделить вещество химические реакции. Атом состоит из небольшого тяжелого ядра, окруженного относительно большим легким облаком электронов. Каждому типу атома соответствует определенный химический элемент. На сегодняшний день открыто или создано 118 элементов.

Ядро атома состоит из 1 или более протонов и 0 или более нейтронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из кварков.

Молекулы

Молекулы представляют собой мельчайшие частицы, на которые можно разделить вещество, сохраняя при этом химические свойства вещества. Каждому типу молекулы соответствует определенный химическая субстанция. Молекула состоит из двух или более атомов. Увидеть список соединений для списка молекул. Атомы объединяются в фиксированной пропорции, образуя молекулу. Молекула - одна из самых основных единиц материи.

Квазичастицы

Квазичастицы эффективные частицы, которые существуют во многих системах частиц. Полевые уравнения физика конденсированного состояния удивительно похожи на таковые из физики частиц высоких энергий. В результате большая часть теории физики элементарных частиц применима и к физике конденсированного состояния; в частности, есть набор полевых возбуждений, называемых квазичастицы, которые можно создавать и исследовать. Они включают:

Другой

  • Акселероны гипотетические частицы, постулирующие связь массы нейтрино с темной энергией, и названы в честь той роли, которую они играют в ускоряющееся расширение Вселенной
  • An анйон является обобщением фермионов и бозонов в двумерных системах, подобных листам графен что подчиняется статистика косы.
  • А плектон - это теоретический вид частиц, обсуждаемый как обобщение статистики косы эниона на размерность> 2.
  • А WIMP (Слабо взаимодействующая массивная частица) - это любая из множества частиц, которые могут объяснить темную материю (например, нейтралино или аксион).
  • А GIMP (гравитационно взаимодействующая массивная частица) - это частица, которая дает альтернативное объяснение темной материи вместо вышеупомянутого WIMP.
  • В померон, используется для объяснения упругое рассеяние адронов и расположение Полюса редже в Теория Редже.
  • В скирмион, топологическое решение пион поле, используемое для моделирования низкоэнергетических свойств нуклон, такие как осевой вектор токовой связи и масс.
  • Генон - это частица, существующая в замкнутом подобный времени мировая линия где пространство-время завит как в Фрэнк Типлер или Рональд Маллетт машина времени.[нужна цитата ]
  • А Бозон Голдстоуна является безмассовым возбуждением поля, которое было самопроизвольно сломанный. В пионы являются квазиголдстоуновскими бозонами (квазиголдстоуновскими бозонами, поскольку они не совсем безмассовые) нарушенных хиральный изоспин симметрия квантовая хромодинамика.
  • А Goldstino это золотой камень фермион произведенный самопроизвольным нарушением суперсимметрия.
  • An Немедленное включение - конфигурация поля, являющаяся локальным минимумом евклидова действия. Инстантоны используются в непертурбативных расчетах скоростей туннелирования.
  • А дион представляет собой гипотетическую частицу с электрическим и магнитным зарядами.
  • А геон представляет собой электромагнитную или гравитационную волну, которая удерживается вместе в ограниченной области за счет гравитационного притяжения ее собственного поля энергии.
  • An надувной - общее название неопознанной скалярной частицы, ответственной за космическая инфляция.
  • А шпора это имя, данное «частице», математически вставленной в нарушающий изоспин распад, чтобы анализировать ее так, как если бы она сохраняла изоспин.
  • Что вызвано "истинный мюоний", а связанное состояние из мюон и антимюон - теоретический экзотический атом, который никогда не наблюдался.
  • А дислон представляет собой локализованное коллективное возбуждение кристаллической дислокации вокруг статического смещения.

Классификация по скорости

  • А тардион или брадион движется медленнее света и имеет ненулевое значение, настоящий масса покоя.
  • А Люксон движется со скоростью света и не имеет массы покоя.
  • А тахион (упомянутая выше) - это гипотетическая частица, которая движется быстрее скорости света и имеет воображаемый масса покоя.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Сильви Брайбант; Джорджио Джакомелли; Маурицио Спурио (2012). Частицы и фундаментальные взаимодействия: введение в физику элементарных частиц (1-е изд.). Springer. п. 1. ISBN  978-94-007-2463-1.
  2. ^ Хачатрян, В .; и другие. (CMS Collaboration) (2012). «Наблюдение нового бозона с массой 125 ГэВ в эксперименте CMS на LHC». Письма по физике B. 716 (2012): 30–61. arXiv:1207.7235. Bibcode:2012ФЛБ..716 ... 30С. Дои:10.1016 / j.physletb.2012.08.021.
  3. ^ Абаджян, Т .; и другие. (Сотрудничество ATLAS) (2012). «Наблюдение новой частицы в поисках стандартной модели бозона Хиггса с помощью детектора ATLAS на LHC». Письма по физике B. 716 (2012): 1–29. arXiv:1207.7214. Bibcode:2012ФЛБ..716 .... 1А. Дои:10.1016 / j.physletb.2012.08.020.
  4. ^ Кайзер, Борис (2010). «Два вопроса о нейтрино». arXiv:1012.4469 [геп-ph ].
  5. ^ а б c d Группа данных по частицам (2016). «Обзор физики элементарных частиц». Китайская физика C. 40 (10): 100001. Bibcode:2016ЧФЦ..40дж0001П. Дои:10.1088/1674-1137/40/10/100001. HDL:1983 / c6dc3926-daee-4d0e-9149-5ff3a8120574.
  6. ^ Маартенс, Р. (2004). "Гравитация мира бран" (PDF). Живые обзоры в теории относительности. 7 (1): 7. arXiv:gr-qc / 0312059. Bibcode:2004LRR ..... 7 .... 7M. Дои:10.12942 / lrr-2004-7. ЧВК  5255527. PMID  28163642.