Список частиц

Это список известных и предполагаемых частиц.

Элементарные частицы [ править ]

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 по их спину . Фермионы имеют полуцелое вращение, в то время как бозоны имеют целочисленный спин. Экспериментально наблюдались все частицы Стандартной модели , включая бозон Хиггса в 2012 году. ^[2]^[3] Многие другие гипотетические элементарные частицы, такие как гравитон, были предложены, но не наблюдались экспериментально.

Фермионы [ править ]

Фермионы - это один из двух фундаментальных классов частиц, другой - бозоны . Фермионные частицы описываются статистикой Ферми – Дирака и имеют квантовые числа, описываемые принципом исключения Паули . Они включают кварки и лептоны , а также любые составные частицы, состоящие из нечетного их числа, такие как все барионы и многие атомы и ядра.

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 . Не известно ли нейтрино является фермионов Дирака или фермионов Майорана . ^[4] Фермионы - это основные строительные блоки 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 шестьлептоны .

Кварки [ править ]

Кварки являются фундаментальными составляющими адронов и взаимодействуют друг с другом посредством сильного взаимодействия . Кварки - единственные известные носители дробного заряда , но поскольку они объединяются в группы по три (барионы) или в пары из одного кварка и одного антикварка (мезоны), в природе наблюдается только целочисленный заряд. Их соответствующие античастицы являются антикварками , которые являются идентичными , за исключением , что они несут противоположный электрический заряд (например, кварк несет заряд + ² / ₃ , в то время как до антикваркового несет заряд - ² / ₃ ), цветовой заряд, и барион количество. Есть шесть вкусовкварков; три положительно заряженных кварка называются «кварками восходящего типа», а три отрицательно заряженных кварка называются «кварками нижнего типа».

Кварки
Поколение	Имя	Символ	Античастица	Вращение	Заряд ( е )	Масса ( МэВ / c ² ) ^[5]
1	вверх	ты	ты	¹ / ₂	+ ² / ₃	2.2^+0,6 _−0,4
1	вниз	d	d	¹ / ₂	- ¹ / ₃	4.6^+0,5 _−0,4
2	очарование	c	c	¹ / ₂	+ ² / ₃	1,280 ± 30
2	странный	s	s	¹ / ₂	- ¹ / ₃	96⁺⁸ ₋₄
3	верх	т	т	¹ / ₂	+ ² / ₃	173 100 ± 600
3	низ	б	б	¹ / ₂	- ¹ / ₃	4 180⁺⁴⁰ ₋₃₀

Лептоны [ править ]

Лептоны не взаимодействуют посредством сильного взаимодействия . Их соответствующие античастицы - антилептоны , которые идентичны, за исключением того, что они несут противоположный электрический заряд и лептонное число. Античастица электрона - это 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, скорее они существуют в суперпозиции массовых собственных состояний.. Гипотетическое тяжелое правое нейтрино, называемое « стерильным нейтрино », было исключено из списка.

Лептоны
Поколение	Имя	Символ	Античастица	Вращение	Заряд ( е )	Масса ( МэВ / c ² ) ^[5]
1	Электрон	е^-	е⁺	¹ / ₂	−1	0,511 ^{[примечание 1]}
1	Электронное нейтрино	ν _е	ν _е	¹ / ₂	0	<0,0000022
2	Мюон	μ^-	μ⁺	¹ / ₂	−1	105,7 ^{[примечание 2]}
2	Мюонное нейтрино	ν _μ	ν _μ	¹ / ₂	0	<0,170
3	Тау	τ^-	τ⁺	¹ / ₂	−1	1776,86 ± 0,12
3	Тау нейтрино	ν _τ	ν _τ	¹ / ₂	0	<15,5

^ Масса электрона очень точно известна как 0,5109989461 ± 0,0000000031 МэВ / c^2.
^ Масса мюона очень точно известна как 105,6583745 ± 0,0000024 МэВ / c^2.

Бозоны [ править ]

Бозоны - одна из двух фундаментальных частиц, имеющих интегральные спиновые классы частиц, а другие - фермионы . Бозоны характеризуются статистикой Бозе – Эйнштейна, и все они имеют целочисленные спины. Бозоны могут быть как элементарными, как фотоны и глюоны , так и составными, как мезоны .

Согласно Стандартной модели , элементарными бозонами являются:

Имя	Символ	Античастица	Вращение	Заряд ( е )	Масса (ГэВ / c ² ) ^[5]	Взаимодействие опосредовано	Наблюдаемый
Фотон	γ	Себя	1	0	0	Электромагнетизм	да
W-бозон	W^-	W⁺	1	−1	80,385 ± 0,015	Слабое взаимодействие	да
Z-бозон	Z	Себя	1	0	91,1875 ± 0,0021	Слабое взаимодействие	да
Глюон	грамм	Себя	1	0	0	Сильное взаимодействие	да
бозон Хиггса	ЧАС⁰	Себя	0	0	125,09 ± 0,24	Масса	да

Хиггса постулируется теорией электрослабого прежде всего , чтобы объяснить происхождение массы частиц . В процессе, известном как « механизм Хиггса », бозон Хиггса и другие калибровочные бозоны в Стандартной модели приобретают массу за счет спонтанного нарушения симметрии калибровочной симметрии SU (2). Минимальная Суперсимметричная Стандартная модель(MSSM) предсказывает несколько бозонов Хиггса. 4 июля 2012 г. было объявлено об открытии новой частицы с массой от 125 до 127 ГэВ / c2; 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 четную 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 обеспечивается глюоном , слабое взаимодействие - W- и Z-бозонами.

Имя	Символ	Античастица	Вращение	Заряд ( е )	Масса (ГэВ / c ² ) ^[5]	Взаимодействие опосредовано	Наблюдаемый
Гравитон	грамм	Себя	2	0	0	Гравитация	Нет

Гравитон , перечислен отдельно выше, является гипотетической частицей , которая была включена в некоторых расширениях к стандартной модели , чтобы опосредовать гравитационную силу. Он находится в особой категории между известными и гипотетическими частицами: как ненаблюдаемая частица, которая не предсказывается Стандартной моделью и не требуется для нее, она входит в таблицу 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.

Гипотетические частицы [ править ]

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

Суперпартнеры (Sparticles)
Суперпартнер	Вращение	Примечания	суперпартнер:
Чарджино	¹ / ₂	В чарджино являются суперпозицией этих суперпартнеров заряженных бозонов Стандартной модели: заряженный бозон Хиггса и W - бозона . MSSM предсказывает две пары чарджино.	заряженные бозоны
глюино	¹ / ₂	Восемь глюонов и восемь глюино.	глюон
гравитино	³ / ₂	Предсказывается супергравитацией ( СУГРА ). Гравитон является гипотетическим, тоже - смотрите следующую таблицу.	гравитон
Хиггсино	¹ / ₂	Для суперсимметрии необходимо несколько бозонов Хиггса, нейтральных и заряженных, в соответствии с их суперпартнерами.	бозон Хиггса
нейтралино	¹ / ₂	Нейтралино являются суперпозицией этих суперпартнеров нейтральных бозонов Стандартной модели: нейтральный бозон Хиггса , Z - бозонов и фотонов . Самый легкий нейтралино - главный кандидат на роль темной материи . MSSM предсказывает четыре нейтралино.	нейтральные бозоны
фотино	¹ / ₂	Смешивание с зино и нейтральным хиггсино для нейтралино.	фотон
Sleptons	0	Суперпартнеры лептонов (электрон, мюон, тау) и нейтрино.	лептоны
снейтрино	0	Введен многими расширениями Стандартной супермодели и может потребоваться для объяснения результатов LSND . Особую роль играет стерильный снейтрино, суперсимметричный аналог гипотетического правого нейтрино, называемый « стерильным нейтрино ».	нейтрино
скварки	0	Считается, что стоп-скварк (суперпартнер топ-кварка ) имеет низкую массу и часто является предметом экспериментальных поисков.	кварки
алкаш, зино	¹ / ₂	Заряженное пьянство смешивается с заряженным Хиггсино для чарджино, о зино см. Строку выше	W ± и Z 0 бозоны

Как фотон, Z-бозон и W ^± бозоны являются суперпозициями полей B ⁰ , W ⁰ , W ¹ и W ² , photino, zino и wino ^± являются суперпозициями bino ⁰ , wino ⁰ , wino ¹ , и алкаш ² . 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
Имя	Вращение	Примечания
аксион	0	Псевдоскалярная частица, введенная в теорию Печчеи – Куинна для решения проблемы сильной СР .
аксино	¹ / ₂	Суперпартнер аксиона. Вместе с саксионом и аксионом образует супермультиплет в суперсимметричных расширениях теории Печчеи – Куинна.
Branon	?	Прогнозируется в моделях мира на бране .
хамелеон	0	возможный кандидат на темную энергию и темную материю и может способствовать космической инфляции .
дилатон	0	Предсказано некоторыми теориями струн.
дилатино	¹ / ₂	Суперпартнер дилатона.
дуальный гравитон	2	Была выдвинута гипотеза, что он дуален гравитону в условиях электромагнетической дуальности ] в супергравитации .
гравифотон	1	Также известен как «гравивектор». ^[6]
гравискалар	0	Также известен как «радион».
надувной	0	Неизвестный носитель силы, который, как предполагается, имеет физическую причину космологической « инфляции » - быстрое расширение с 10 ^-35 до 10 ^-34 секунд после Большого взрыва .
магнитный фотон	?	А. Салам (1966). «Магнитный монополь и двухфотонные теории C-нарушения». Physics Letters 22 (5): 683–684.
майор	0	Предсказано понять массы нейтрино с помощью механизма качелей .
майорана фермион	¹ / ₂ ; ³ / ₂ ? ...	глюино , нейтралино или другое - это собственная античастица .
саксион	0
X17 частица	?	возможная причина аномальных результатов измерений около 17 МэВ и возможный кандидат в темную материю .
X- и Y-бозоны	1	Эти лептокварки предсказываются теориями GUT как более тяжелые эквиваленты W и Z.
W 'и Z' бозоны	1

Зеркальные частицы предсказываются теориями, восстанавливающими симметрию четности .

« Магнитный монополь » - это общее название частиц с ненулевым магнитным зарядом. Их предсказывают некоторые GUT.

« Тахион » - это общее название гипотетических частиц, которые движутся быстрее скорости света (и поэтому парадоксальным образом воспринимают время в обратном направлении из-за обращения теории относительности ) и имеют воображаемую массу покоя, они нарушают законы причинности.

Преоны были предложены как субчастицы кварков и лептонов, но современные эксперименты на коллайдерах практически исключили их существование.

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

Составные частицы [ править ]

Адроны [ править ]

Адроны определяются как сильно взаимодействующие составные частицы . Адроны бывают либо:

Составные фермионы (особенно 3 кварка), в этом случае они называются барионами .
Составные бозоны (особенно 2 кварка), в этом случае они называются мезонами .

Кварковые модели , впервые предложенные в 1964 году независимо Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом (который называл кварки «тузами»), описывают известные адроны как состоящие из валентных кварков и / или антикварков, тесно связанных силой цвета , которая опосредована глюоны . (Взаимодействие между кварками и глюонами описывается теорией квантовой хромодинамики .) В каждом адроне также присутствует «море» виртуальных кварк-антикварковых пар.

Барионы [ править ]

Сочетание трех и, д , или S-кварков с общим спином ³ / ₂ образуют так называемый «барионов декуплета».

Структура протонного кварка: 2 верхних кварка и 1 нижний кварк. Глюонные трубки или трубки потока, как теперь известно, имеют Y-образную форму.

Обычные барионы (составные фермионы ) содержат по три валентных кварка или по три валентных антикварка.

Нуклоны - это фермионные составляющие нормальных атомных ядер:
- Протоны , состоящие из двух верхних и одного нижнего кварка (uud)
- Нейтроны , состоящие из двух нижних и одного верхнего кварка (ddu)
Гипероны , такие как частицы Λ, Σ, Ξ и Ω, которые содержат один или несколько странных кварков , недолговечны и тяжелее нуклонов. Хотя обычно они не присутствуют в атомных ядрах, они могут появляться в короткоживущих гиперядрах .
Также наблюдался ряд очарованных и нижних барионов.
Пентакварки состоят из четырех валентных кварков и одного валентного антикварка.
Могут существовать и другие экзотические барионы .

Мезоны [ править ]

Мезоны со спином 0 образуют нонет

Обычные мезоны состоят из валентного кварка и валентного антикварка . Поскольку мезоны имеют спин 0 или 1 и сами не являются элементарными частицами, они являются «составными» бозонами . Примеры мезонов включают пион , каон и J / ψ . В квантовой адродинамике мезоны обеспечивают остаточное сильное взаимодействие между нуклонами.

В то или иное время сообщалось о положительных сигнатурах для всех следующих экзотических мезонов, но их существование еще не подтверждено.

Тетракварк состоит из двух валентных кварков и двух валентных антикварков;
Глюбол является связанным состоянием глюонов без каких - либо валентных кварков;
Гибридные мезоны состоят из одной или нескольких валентных кварк-антикварковых пар и одного или нескольких реальных глюонов.

Атомные ядра [ править ]

Пол-точное изображение гелия атома. 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 « нуклидом » или « изотопом ». Ядерные реакции могут превратить один нуклид в другой. См. Полный список изотопов в таблице нуклидов .

Атомы [ править ]

Атомы - это мельчайшие нейтральные частицы, на которые можно разделить вещество с помощью химических реакций . 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 [ править ]

Молекулы - это мельчайшие частицы, на которые можно разделить вещество, сохраняя при этом химические свойства вещества. Каждому типу молекулы соответствует определенное химическое вещество . Молекула состоит из двух или более атомов. См. Список соединений для получения списка молекул. Атомы объединяются в фиксированной пропорции, образуя молекулу. Молекула - одна из самых основных единиц материи.

Квазичастицы [ править ]

Квазичастицы - это эффективные частицы, которые существуют во многих системах частиц. Полевые уравнения 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 набор возбуждений поля, называемых квазичастицами , которые можно создавать и исследовать. К ним относятся:

Фононы - это колебательные моды в кристаллической решетке .
Экситоны - это связанные состояния электрона и дырки .
Плазмоны - это когерентные возбуждения плазмы .
Поляритоны - это смеси фотонов с другими квазичастицами.
Поляроны - это движущиеся заряженные (квази) частицы, окруженные ионами в материале.
Магноны - это когерентные возбуждения электронных спинов в материале.

Другое [ править ]

Акселероны - это гипотетические частицы, которые связывают массу нейтрино с темной энергией и названы в честь той роли, которую они играют в ускоряющемся расширении Вселенной.
Энион является обобщением фермионов и бозонов в двумерных системах , таких как листы графена , подчиняющийся кос статистики .
Plekton теоретического вид частицы обсуждались как обобщение статистики оплетки анионного к размерности> 2.
WIMP (слабо взаимодействующих массивную частицу) представляет собой любое одно из множества частиц , которые могли бы объяснить темную материю (например, нейтралино или аксионом).
КАНИТЕЛЬ (гравитационно взаимодействующая массивная частицу) представляет собой частицу , которая обеспечивает альтернативное объяснение темной материи, вместо вышеупомянутого WIMP.
Померон , используемый для объяснения упругого рассеяния адронов и расположения полюсов Редже в теории Редже .
Скирмион , топологическое решение пионного поля, используется для моделирования низкоэнергетических свойств нуклонов , такие как осевая муфта вектора тока и масса.
Генон - это частица, существующая в замкнутой времяподобной мировой линии, где пространство-время закручено, как в машине времени Фрэнка Типлера или Рональда Маллетта . ^[^{необходима цитата}^]
Голдстоун безмассовый возбуждения поля, которое было спонтанно нарушенной . Эти пионы являются квази-бозонами (квази- , потому что они не совсем безмассово) разорванных киральной изоспиновой симметричностью КХДА .
Голдстино является голдстоун фермионное производства спонтанного нарушения суперсимметрии .
Инстантон является конфигурация поля , которое является локальным минимумом евклидова действия. Инстантоны используются в непертурбативных расчетах скоростей туннелирования.
Дион гипотетическая частица с обеими электрическими и магнитными зарядами.
Geon представляет собой электромагнитный или гравитационной волны , которая удерживается вместе в замкнутом регионе с помощью гравитационного притяжения ее собственной области энергетики.
Инфлатонное это общее название для неустановленного скалярной частицы , ответственной за космической инфляции .
Шпурионный это название , данное «частица» , вставленной математически в распад изоспинового нарушающий для того , чтобы анализировать его , как будто он сохраняется изоспиновым.
Что называется «истинным мюониевой» , связанное состояние из мюона и антимюона, теоретический экзотическое атом , который никогда не наблюдалось.
Dislon является локализованным коллективным возбуждением кристалла дислокации вокруг смещения статического.

Классификация по скорости [ править ]

Tardyon или bradyon путешествует медленнее , чем свет и имеет ненулевое значение, реальная масса покоя.
Luxon движется со скоростью света и не имеет массы покоя.
Тахион ( как упоминалось выше) является гипотетическая частица , которая движется быстрее , чем скорость света и имеет мнимую массу покоя.

См. Также [ править ]

Список барионов
Список соединений для списка молекул
Список вымышленных элементов, материалов, изотопов и атомных частиц
Список мезонов
Зоопарк частиц
Ион
Периодическая таблица для обзора атомов
Стандартная модель современной консенсусной теории этих частиц
Таблица нуклидов
Хронология открытий частиц

Ссылки [ править ]

^ Сильви Braibant; 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.
^ Хачатрян, В .; и другие. (Сотрудничество с CMS) (2012). «Наблюдение нового бозона с массой 125 ГэВ в эксперименте CMS на LHC». Физика Письма Б . 716 (2012): 30–61. arXiv : 1207,7235 . Bibcode : 2012PhLB..716 ... 30С . DOI : 10.1016 / j.physletb.2012.08.021 .
^ Абаджян, Т .; и другие. (Сотрудничество ATLAS) (2012). «Наблюдение новой частицы в поисках стандартной модели бозона Хиггса с помощью детектора ATLAS на LHC». Физика Письма Б . 716 (2012): 1-29. arXiv : 1207,7214 . Bibcode : 2012PhLB..716 .... 1A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2012.08.020 .
^ Кайзер, Борис (2010). «Два вопроса о нейтрино». arXiv : 1012,4469 [ hep-ph ].
^ a b c d Группа данных по частицам (2016). «Обзор физики элементарных частиц» . Китайская физика C . 40 (10): 100001. Bibcode : 2016ChPhC..40j0001P . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 40/10/100001 . HDL : 1983 / c6dc3926-daee-4d0e-9149-5ff3a8120574 .
^ Maartens, R. (2004). "Бранно-мировая гравитация" (PDF) . Живые обзоры в теории относительности . 7 (1): 7. arXiv : gr-qc / 0312059 . Bibcode : 2004LRR ..... 7 .... 7M . DOI : 10.12942 / LRR-2004-7 . PMC 5255527 . PMID 28163642 .

[6] Масса электрона очень точно известна как 0,5109989461 ± 0,0000000031 МэВ / c^2.

[7] Масса мюона очень точно известна как 105,6583745 ± 0,0000024 МэВ / c^2.

[PFIp1-3-1] Сильви Braibant; 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. (Сотрудничество с CMS) (2012). «Наблюдение нового бозона с массой 125 ГэВ в эксперименте CMS на LHC». Физика Письма Б . 716 (2012): 30–61. arXiv : 1207,7235 . Bibcode : 2012PhLB..716 ... 30С . DOI : 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». Физика Письма Б . 716 (2012): 1-29. arXiv : 1207,7214 . Bibcode : 2012PhLB..716 .... 1A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2012.08.020 .

[4] Кайзер, Борис (2010). «Два вопроса о нейтрино». arXiv : 1012,4469 [ hep-ph ].

[PDG2016-5] Группа данных по частицам (2016). «Обзор физики элементарных частиц» . Китайская физика C . 40 (10): 100001. Bibcode : 2016ChPhC..40j0001P . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 40/10/100001 . HDL : 1983 / c6dc3926-daee-4d0e-9149-5ff3a8120574 .

[8] Maartens, R. (2004). "Бранно-мировая гравитация" (PDF) . Живые обзоры в теории относительности . 7 (1): 7. arXiv : gr-qc / 0312059 . Bibcode : 2004LRR ..... 7 .... 7M . DOI : 10.12942 / LRR-2004-7 . PMC 5255527 . PMID 28163642 .

[1]