Физика частиц и фундаментальные взаимодействия
Стандартная модель упорядочивает частицы вещества и три квантовых взаимодействия; законы сохранения определяют возможные превращения.
Цели обучения
- классифицировать кварки, лептоны, адроны и античастицы;
- составлять простые барионы и мезоны;
- сравнивать четыре фундаментальных взаимодействия;
- применять сохранение заряда, энергии, импульса, барионного и лептонного чисел;
- трактовать данные столкновений без буквального понимания диаграмм.
1. Частицы вещества
Фундаментальные частицы вещества со спином $1/2$ — фермионы. Шесть кварков образуют три поколения: верхний/нижний, очарованный/странный, истинный/прелестный. Заряд кварков верхнего типа $+2/3\,e$, нижнего типа $-1/3\,e$. Лептоны: электрон, мюон и тау, каждому соответствует нейтрино. Заряженные лептоны имеют $-e$, нейтрино электрически нейтральны и участвуют в слабом взаимодействии. Обычное устойчивое вещество построено главным образом из первого поколения.
2. Составные частицы и антивещество
Кварки удерживаются сильным взаимодействием в бесцветных адронах. Барион содержит три кварка: протон $uud$, нейтрон $udd$. Мезон состоит из кварка и антикварка. Античастица имеет ту же массу и противоположные аддитивные квантовые числа, включая заряд. Аннигиляция превращает массу покоя в другие частицы при сохранении всех величин; рождение пары требует достаточной энергии и сохранения импульса.