1. Все частицы (в том числе и неэлементарные частицы и квазичастицы) разделяются на бозоны и фермионы. Бозонами (или бозе-частицами) называются частицы или квазичастицы, обладающие нулевым или целочисленным спином. Бозоны подчиняются статистике БозеЭйнштейна (отсюда и происходит их название). К бозонам относятся: гипотетический гравитон (спин 2), фотон (спин 1), промежуточные векторные бозоны (спин 1), глюоны (спин 1), мезоны и мезонные резонансы, а также античастицы всех перечисленных частиц. Частицы или квазичастицы с полуцелым спином называются фермионами (или ферми-частицами). Для них справедлив принцип Паули, и они подчиняются статистике Ферми-Дирака (отсюда и происходит их название). К фермионам относятся: лептоны, все барионы и барионные резонансы, кварки (спин $1 / 2$ ), а также соответствующие античастицы.
2. По времени жизни $\tau$ различают стабилъные, квазистабильные и резонансные частицы. Последние для краткости называют просто резонансами. Резонансными называют частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия с временем жизни $10^{-23}$ с. Нестабильные частицы, время жизни которых превышает $10^{-20} \mathrm{c}$, распадаются за счет электромагнитного или слабого, но не за счет сильного взаимодействия. Эти частицы относят к квазистационарным. Время $10^{-20}$ с, ничтожное в обыденных масштабах, должно считаться большим, если его сравнивать с ядерным временем. Последнее есть время, требующееся свету на прохождение диаметра ядра ( $\left.10^{-13} \mathrm{~cm}\right)$. Даже за время $10^{-20}$ с свет успевает пробежать расстояние в $10^{3}-10^{4}$ нуклонных диаметров. За это время может совершиться еще много внутринуклонных процессов. Вот почему частицы, названные нами квазистабильными, в справочниках называют просто стабильными. Впрочем, абсолютно стабильными частицами являются, по-видимому, только фотон $\gamma$, электрон $\mathrm{e}^{-}$, протон $\mathrm{p}(?)$, электронное $
u_{\mathrm{e}}$, мюонное $
u_{\mu}$ и таонное $
u_{\tau}$ нейтрино и их античастицы – распад всех этих частиц на опыте не зарегистрирован.

Распады могут происходить по сильному, электромагнитному и слабому взаимодействиям. Наиболее быстро происходят распады по сильному взаимодействию – таковы распады резонансов. Квазистабильные частицы распадаются за счет слабого или электромагнитного взаимодействия. Они стали бы абсолютно устойчивыми, если бы можно было мысленно «выключить» эти взаимодействия, оставив только сильное. Наиболее стабильными резонансами являются частицы $J / \psi$ и $\Upsilon$, для которых $\tau \approx 10^{-20}$ с. Они относятся к резонансам потому, что у них имеются каналы распада, обусловленные сильным взаимодействием, но эти распады подавлены законами сохранения очарования и красоты при сильных взаимодействиях (см. § 110, пп. 4, 5).

В силу малости времени жизни $\tau$, резонансы не обладают определенной массой. Это видно из соотношения неопределенностей $\Delta \mathscr{E} \cdot \tau \approx \hbar$. Резонансы описываются непрерывным спектром масс. Положение максимума этого спектра и называется массой резонанса. Ширина спектра Г определяется обычным соотношением $\Gamma \approx \hbar / \tau$. При очень малых временах жизни она бывает сравнима со значением самой массы резонанса. Именно ширина Г (а не $\tau$ ) обычно и приводится в таблицах в качестве меры нестабильности резонанса. Так, при $\tau \approx 10^{-23}$ с получаем $\Gamma \approx 100$ МэВ. Поэтому резонансами можно назвать частицы с большой шириной спектра масс $\Gamma \approx 100$ МэВ.
3. Особую группу элементарных частиц составляют фотоны, являющиеся переносчиками электромагнитного взаимодействия, и родственные им $\mathrm{W}^{ \pm}-, \mathrm{Z}^{0}$-бозоны, являющиеся переносчиками слабого взаимодействия. Эти четыре частицы образуют группу так называемых переносчиков взаимодействия. $\mathrm{K}$ переносчикам взаимодействия относятся и глюоны, а также гипотетические гравитоны. Все остальные частицы разделяются на лептоны и адроны.

Лептонами называются частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях и имеющие спин $1 / 2$. В настоящее время установлено существование шести заряженных лептонов: электрон $\mathrm{e}^{-}$, позитрон $\mathrm{e}^{+}$, мюоны $\mu^{ \pm}$, тяжелые лептоны $\tau^{ \pm}$(таоны), и соответствующих им шести нейтральных частиц: электронное нейтрино $
u_{\mathrm{e}}$ и антинейтрино $\bar{
u}_{\mathrm{e}}$, мюонное нейтрино $
u_{\mu}$ и антинейтрино $\bar{
u}_{\mu}$, таонное нейтрино $
u_{\tau}$ и антинейтрино $\bar{
u}_{\tau}$. Нейтральные лептоны (нейтрино) не участвуют и в электромагнитных взаимодействиях.

Все лептоны, на современном уровне знания, можно назвать истинно элементарными частицами, так как у них в отличие от адронов не обнаружена внутренняя структура. В этом смысле лептоны называются точечными частицами.

Мюоны были открыты в космических лучах Андерсоном вместе с Неддермайером в 1937 г. Наличие у мюонов собственного (мюонного) нейтрино было установлено позже – только в начале 60 -х годов. $\tau$-лептоны были открыты в 1975 г. в Стэнфорде (США) группой экспериментаторов во главе с Перлом (р. 1927) в опытах со встречными электрон-позитронными пучками. Тау-лептон получается в результате аннигиляции электрона и позитрона ( $\left.\mathrm{e}^{+}+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \tau^{+}+\tau^{-}\right)$. Масса мюона $m_{\mu}=105,7$ МэВ, время жизни $\tau=2,2 \cdot 10^{-6}$ с, масса таона $m_{\tau} \sim$ $\sim 1,8$ ГэВ, время жизни $\tau_{\tau} \sim 5 \cdot 10^{-13} \mathrm{c}$.

Наши сведения о нейтрино очень неполные (см. § 74, п. 11). Особенно это касается $\mu$ – и $\tau$-нейтрино. Даже в отношении электронного нейтрино нельзя категорически утверждать, равна ли масса этой частицы нулю или только очень мала.
4. Адронами называются элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях. Они, как правило, участвуют также и во всех других взаимодействиях – электромагнитном и слабом.

Эти частицы, в основном резонансы, составляют наиболее многочисленную группу элементарных частиц – их насчитывается около 400. Адроны подразделяются на стабильные и квазистабильные адроны и резонансы. В свою очередь стабильные адроны подразделяются на мезоны и барионы. Теоретические мотивы такого подразделения выяснятся в § 110 (в кварковой модели). В группу резонансов входят мезонные и барионные резонансы.

Мезонами называются нестабильные заряженные или нейтральные адроны, обладающие нулевым или целочисленным спином, а потому принадлежащие к классу бозонов. Сюда относятся $\pi^{0}$ – и $\pi^{ \pm}$-мезоны, $K^{ \pm}$-мезоны. Эти мезоны были открыты раньше других. Масса их промежуточная между массами электрона и протона (отсюда и происходит их название – от греческого слова mesos, что означает «средний, промежуточный»). Позднее были открыты более тяжелые $\mathrm{D}^{ \pm}$$\mathrm{D}^{0}-, \mathrm{F}^{ \pm}$-мезоны, масса которых больше массы протона. Было открыто также много мезонных резонансов, т. е. мезонов с временами жизни порядка $10^{-23}$ c. Масса некоторых из них также превосходит массу протона. Мюоны $\mu$ первоначально назывались $\mu$-мезонами, но они не относятся к классу мезонов, так как имеют спин $1 / 2$ и не участвуют в сильных взаимодействиях.

Барионами и барионными резонансами называются адроны с полуцелым спином и массами, не меньшими массы протона. К ним относятся нуклоны (протоны и нейтроны), гипероны и др. Протон и нейтрон самые легкие барионы. Протон – единственный стабильный барион (см., впрочем, §108, п. 4), все остальные барионные резонансы нестабильны и путем последовательных распадов превращаются в нуклоны и легкие частицы: $\pi$-мезоны, электроны, нейтрино, $\gamma$-кванты. (Нейтрон в свободном состоянии – нестабильная частица со временем жизни $\sim 16$ мин, но в связанном состоянии внутри ядра он стабилен, если ${ }_{Z}^{A} M<{ }_{Z+1}^{A} M+m_{\mathrm{e}}$, т. е. когда не происходит $\beta^{-}$-распада. Если же ${ }_{Z}^{A} M>{ }_{Z-1}^{A} M+m_{\mathrm{e}}$, то нестабилен протон и происходит позитронный $\beta^{+}$-распад: $\mathrm{p} \rightarrow \mathrm{n}+\mathrm{e}^{+}+
u_{\mathrm{e}}$.)

Нестабильные барионы с массами, бо́льшими массы нуклона (протона и нейтрона), и бо́льшим временем жизни по сравнению с ядерным временем (порядка $10^{-23}$ с) называются гиперонами. Первые гипероны $(\Lambda)$ были открыты в космических лучах. Детальное изучение их стало возможным после того, как их стали получать на ускорителях заряженных частиц высоких энергий при столкновениях быстрых нуклонов, $\pi$ – и $K$-мезонов с нуклонами атомных ядер. Известно несколько типов гиперонов: лямбда $\left(\Lambda^{0}\right)$, сигма $\left(\Sigma^{-}, \Sigma^{0}, \Sigma^{+}\right)$, кси $\left(\Xi^{-}, \Xi^{0}\right)$, омега $\left(Q^{-}\right), \Lambda_{\mathrm{c}}$. Все гипероны имеют спин $1 / 2$, за исключением гиперона $\Omega^{-}$, спин которого равен $3 / 2$. Таким образом, гипероны, как и все барионы, являются фермионами. Время жизни гиперонов $\tau \sim 10^{-10}$ с (за исключением $\Sigma^{0}$ и $\Lambda^{0}$ и $\Lambda_{\text {с }}$, для которых $\tau$ равно $10^{-19}$ и $10^{-13}$ с соответственно). За это время они распадаются на нуклоны и легкие частицы ( $\pi$-мезоны, электроны, нейтрино, $\gamma$-кванты).

В 70 -х годах на больших ускорителях были созданы пучки заряженных и нейтральных гиперонов высоких энергий (20-100 ГэВ). Это позволило проверить формулу для релятивистского замедления времени в лучших условиях по сравнению с тем, как это делалось раньше (см. т. IV, § 106, пп. 4, 5). Если бы не было релятивистского замедления времени, то гипероны от своего рождения до распада пробегали бы путь порядка $c \tau$, т. е. порядка сантиметра или десятков сантиметров. На самом деле этот путь достигает нескольких метров.

Детализация классификации элементарных частиц будет произведена в следующих параграфах по мере надобности. Отличительные признаки лептонов, мезонов и барионов станут более ясными, если при классификации частиц исходить из кварковой модели (см. § 110).