1. В общем курсе о физике этементарных частиц монію дать только иредварительные прсдставления. Это касаетея как әкспериментальных методов, так в особенности и теоретических представлепий. Этому разделу наукп посвящены спсциалыне курсы, в которых излагается как предмет в делом, так и его отдельные части. Наше весьма неполное изложение посит оисательный информационный характер и, как правило, не затрагивает теоретические основы изучаемых закопомерностей.

Отметим с самого начала, что в физике элементарыых частиц вводится ряд понятий с весьма экзотическими пазвапиями: странность, очарование, красота (или прелесть), цвет и пр. Все эти термины не имеют никакого отношения к тому, в каком смысле они употребляотся в обыдепной жизни. Это просто какие-то квантовые числа, вводимые для онисания характеристик әлемептарных частиц.
2. При введении понятия элементариых частиц первоначальпо предполагалось, что это есть первичные, далее педелимые частицы, из которых состоит вся материя. Таковыми вплоть до пачала XX века считались атомы (слово «атом» в переводе с греческого означает «педелимый»). После того как была установлена сложная структура атомов, они нерестали считатьсл әлементарными частицами в указанном смысле слова. Такая же судьба постигла ядро, а затем шротон п пейтрон, у ноторых была установлена внутренняя структура. Открывались новые и новые объекты (мооны, пионы, нейтрино и пр.), которые могли претепдовать па роль элементарных частиц. Для большинства из них эти претензии были отклонены очень быстро. Но и в пастояцее время мы с достоверностью не зиаем, какие частицы являются действительпо элементарными и есть ли вообще элементарные частицы в первоначальном смысле этого слова. Элементарными частицами сейчас условно пазывают большую груп-. пу мельчайших микрочастиц, не являющихся атомами или атомными ядрами (за исключением протонов – ядер атома водорода). Общее, что роднит все элементарпье частицы, состоит в том, что все они являются специфическими формами материи, пе ассоциированной в атомы и атомные ядра.

В настоящее время к «истинно» элементарным припято относить следующие частицы (и их античастицы):
1) лептонь:

(е, $\mu, \tau$ и соответствующие им иейтрино), 2) кварки, 3) фотоны и промежуточные бозоны $\mathrm{W}^{ \pm}, \mathrm{Z}^{0}$. Необходимо, одпако, заметить, что существуют гинотезы (оспованные на наблюдаемой на опыте симметрии между кварками и лептонами в электромагнитных взапмдействиях, а также на идеях Великого объединения сил) о том, что кварки и лептопы сами состоят из более фундаментальных частиц – «преонов». То же относится к $\mathrm{W}^{ \pm}$-, $\mathrm{Z}^{0}$-бозонам (у которых предполагается существование дискретных возбуждених состояшй). Если разности эпергетических уровней велики по сравнешию с эпергиями, воздействующими на систему, то последияя ведет себя как целая – как элементарная частица.
3. Естественым источником различиых частиц высоких энертий являются космические тучи. Не случайно поэтому, что до пачала 50 -х годов физика элементарыых частиц была тесно связапа с изучением космических лучей. В настоящее время источниками заряженных частнц высоких энсргий являются в основном ускорители. Они в комбинации с детекторами позволяют псследовать процессы, в которых образуются и взаимодействуют разтичные элементариые частицы в лучпих коптролируемых ус.овиях. Понятно, почему физпку элемептарных частиц пазывают также физикой высоких энергий.

Для осуществления взаимодеїствия на очень малых расстояпиях частицы должны обладать очень высокими энергиями. Но в ультрарелятивистской области полная энергия частицы связапа с се импульсом соотнолнением $\mathscr{E}=p c$, так что соотношение неопрсделеппостей $\Delta x \cdot \Delta p \approx \hbar$ прииимает вид
\[
\Delta \mathscr{E} \cdot \Delta x \geqslant \hbar c / 2 \text {, }
\]

II
\[
\Delta \mathscr{E} \geqslant 10^{-14} / \Delta x,
\]

ес.ти энергио выранать в гигаэлектронвольтах, а расстояпие $\Delta x$ – в саптиметрах. Из формулы видно, что для проникновения па расстояние $10^{-16} \mathrm{cм}$ требуется энергия, превышающая примерно 100 ГэВ. Именно энергия такого норядка потребовалась, папример, дяя получения промежуточны векторпых бозопов $\mathrm{V}^{ \pm}$и $\mathrm{Z}^{0}$.
4. Наиболее характерным свойством элементарных частиц, связашиы но современным представлениям с корпускулярповөлшовым дуализмом, является их способность рождаться $и$ взаимопревращаться друг в друга при столкновепия. При этом полная (релятивистская) энергия сохраняется, т. е. полная эшергия всех частиц до столкновения равна полной энергии всех частиц после столкновения. Например, при столкновении движущегося протона с пеподвикным протоном может происходить реакция
\[
p+p \rightarrow p+p+\pi^{0}
\]

в которой возникает нейтральный пиоп. Каково необходимоө (но педостаточное) условие возможности тагой реакции? Масса ниона равна 135 МэВ̈. Поэтому для осуществления этой реакции киетпческая эиергия налетающего протона во всяком случаө должна быть пе меные $135 \mathrm{MaB}$. На самом деле она должна быть не мепьше 290 МэВ, так как в соответствии с законом сохрашения импульса часть эшергии уносится спстемой в еө поступательном движении и не участвует в реакции (см. вадачу 3 i $\S 108)$.

Вторая характерная черта әлементарных тастиц состоит в том, что подавляющая часть их пестабильна. Частицы самопропзвольно распадаются. Среднее время жизни $\tau$ частицы в свободном состоянии меняется в пироких пределах – от $10^{-24}$ с до бесконечности (для протопа, например, эксперимептально установлено, что $\tau>10^{32}$ лет).

Распад элементарных частиц и их взаимопреврапаемость друг в друга ставят под сомпенше сам смысл вопроса: «Из чего состопт частица?\” Например, при распаде пейтрона ( $\mathrm{n} \rightarrow \mathrm{p}+$ $\left.+\mathrm{e}^{-}+\overline{v_{\mathrm{e}}}\right)$ возникают новые частицы: протоп, әлектрон и антинейтрпно. Но это пе означает, что нейтрон состоит из таких частиц. На эпыте констатируется только, что эти частицы рождаются в результате распада пейтрона. Нейтрон в той же мере әлементарен, что и протон. Новые тастицы могут роядаться и при распадах и взаимодействиях других частиц. Частицу можно счптать сложной, построенной из нескольких других частиц в том случае, когда энергия связи каждой из составляющих частиц много меньше ее эпергии покол. Именно в таком смысле надо понимать утверждение, что атомное ядро состоит из протонов и нейтропов.
5. В § 63 (пупкт 9) уже говорилось, что все процессы и явлепия в природе осуществляются в результате четырех взакмодействий: сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных. Сравнение интенсивностеї этих взаимодействий приобретает определенный смысл только тогда, когда точно указаны условия, при готорых происходит сравнение. В § 63 проводилось сравнение при условии, что средиие кинетические әнергии сталкивающихся частиц порядка 1 ГәВ.

Сильное взаимодействие вызывают процессы, протекающиө наиболее быстро по сравненио с другими процессами. Оно обеспечивает и самую сильную связь элементарных частид. В частности, связь между нуклонами в атөмных ядрах обусловлена сильным взаимодействием. Им объясняется исключительная прочность атомных ядер, лежащая в основе стабильности вещөства в земных услөвиях.

Электромагнитное взаимодействие сводится к взаимодействию әлектрических зарядов (и магнитных моментов) частиц с өлектромагнитним полем. Процессы, связаниые с әлектромагнитным взаимодействием, протекают значительно менее быстро, чем продессы, вызываемые силыным взаимодействием. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает связь электронов в атомах, иовов в кристаллах, атомов в молекулах. Элеитромагнитно взамодействие (паряду с тяготением) играет осювную роль в окружающөм нас макроскопическом мире. Это свлзано с тем, что радиус дейетвия силыих взаимодействий пюрядка $10^{-13} \mathrm{cм}$ и на больших расстояния сильное взаимодействие фактичесіг исчезает. Электромагнитное же взаимодействие (и тяготенше). характеризуется бесконечным радиусом действия.

Слабоө взаимодействие, как ноказывает само пазвание его, вызывает очень медленио протекающие процессы с элементарными частицами. Хорошей иллюстрацией этого может служтт всключительная слабость взаимодействня нейтрино низких энергий с веществом (см. § 74). Ведь нейтрино свойственно одио только слабое взаимодействие. Со слабым взапмодействием свявана также относительная медленность распада квазистаййных частиц. Время жизни большинства этих частиц лежит в дианазоне $10^{-8}-10^{-13} \mathrm{c}$, тогда как время жизпи сильно взаимодействующих частиц составляет $10^{-23}-10^{-24}$ с. Иптенспвпєсть слабого взаимодействия растет с энергией (в системе центра масс). Прп $\mathscr{E} \sim M_{\mathrm{w}}$ слаб́ое взаимодействие сравнивается о ө.лектромагиитиы.

Гравитационное взашмодействие доминирует в случае больших макроскопических масс (планет, звезд). ІІ в мире элементарных частиц, ввиду малости их масс, даяе на самых малых характерных для них расстояниях порядка $10^{-13}$ см это взапоодействие ничтожно. В физике элементарных частиц при созременпом еө состоянии гравитационіе взаимодействие не учтыьается. Оно, возможно, существенно лишь па расстояниях порядка $10^{-33} \mathrm{~cm}$.