Нуклоны.

Изучение структуры и свойств атомных ядер привело к открытию еще двух частиц — протона и нейтрона. Протон имеет положительный элементарный заряд и обладает массой кг, или 1,0072765 а. е. м. Нейтрон — незаряженная частица с массой, равной кг, или 1,0086650 а. е. м.

Во взаимодействиях между собой и с другими частицами протон и нейтрон (если исключить кулоновское взаимодействие) совершенно неразличимы. Поэтому во многих случаях их рассматривают как одну частицу — нуклон — с электрическим зарядом или без него.

Частицы, из которых построены атомы, после их открытия на первых порах считались последними «кирпичиками» вещества, неспособными ни к каким изменениям и превращениям. Поэтому их назвали элементарными частицами. Однако от такой простой картины мира вскоре пришлось отказаться. Одна из трех частиц, входящих в состав атома, — нейтрон — в свободном состоянии оказалась неустойчивой. Свободный нейтрон самопроизвольно распадается на три частицы — протон, электрон и нейтрино:

Явление распада нейтрона называют бета-распадом. Среднее время жизни свободного нейтрона равно примерно 16 мин. Испускаемая при бета-распаде особая частица — нейтрино — не имеет электрического заряда, масса покоя ее равна нулю, а скорость движения равна скорости света в вакууме. Протон, электрон и нейтрино являются стабильными частицами. Однако считать их «настоящими» элементарными частицами, а нейтрон «ненастоящей» элементарной частицей оказывается невозможным. Каждая из этих трех частиц при взаимодействии с другими частицами или атомными ядрами может испытывать превращение в другие частицы. Например, протон, взаимодействуя с другим протоном и имея в результате этого взаимодействия избыточную энергию и массу, может распадаться по следующей схеме:

где — позитрон, частица с массой электрона, но обладающая положительным элементарным зарядом.

При столкновении нейтрино с протоном может произойти превращение:

Таким образом, элементарные частицы оказались взаимопревращаемыми.

В настоящее время элементарными частицами принято называть частицы, не состоящие из других известных частиц. Атом водорода, например, не является элементарной частицей; это система из двух элементарных частиц — протона и электрона.

Нейтрон является элементарной частицей, так как он не состоит из протона, электрона и нейтрино. Эти частицы возникают в момент распада нейтрона, подобно тому как при переходе атома из возбужденного состояния в нормальное возникает фотон.

Создание ускорителей заряженных частиц расширило возможности ученых в исследовании взаимодействий быстрых заряженных частиц с атомными ядрами. С каждым годом увеличивается количество открытых элементарных частиц.

В 1928 г. английский физик П. Дирак предсказал существование позитрона — частицы, равной по массе электрону, но обладающей положительным электрическим зарядом. Эта частица была экспериментально обнаружена в 1933 г. французскими физиками Фредериком и Ирен Жолио-Кюри. Позитрон назвали античастицей электрона. В настоящее время установлено, что каждой частице в мире соответствует античастица. Встреча двух античастиц кончается их взаимной гибелью, превращением в кванты ядерного или электромагнитного поля.

Полное число параметров, определяющих свойства частиц довольно велико. Важнейшими из них являются масса частицы, ее электрический заряд, спин и время жизни. Спином называют величину, дающую количественную характеристику вращательного движения частицы — ее собственный момент импульса. Частицу можно представить себе в виде вращающегося шарика, однако это лишь вспомогательное, упрощенное представление о значительно более сложной действительности. Спин частицы (механический момент) у различных частиц может иметь разные значения, но все частицы одного типа имеют абсолютно одинаковые спины.

Любой из электронов обладает спином — постоянная Планка). Величина принята за единицу спина. В таблице представлены сведения об элементарных частицах, время жизни которых превышает с; частицы в ней расположены в порядке возрастания масс. Частицы первой группы называют лептонами, вторую группу называют мезонами, протон и более тяжелые частицы составляют группу барионов. Особое место в таблице занимает фотон, не входящий ни в одну из названных групп.

Кроме частиц, представленных в таблице, открыто много частиц с очень короткими временами жизни — около с. Эти частицы называют резонансами.