jm_2_4

4.1 Třídění elementárních částic

Částice je možné třídit podle jejich základních fyzikálních charakteristik a vzájemného silového působení do několika skupin. Připomeňme si, že z pohledu kvantové fyziky a statistické fyziky rozdělujeme částice na fermiony a bosony.

Bosony a fermiony

Bosony mají "celočíselné hodnoty spinu" (spinové číslo je celočíselné).

Fermiony mají "poločíselné hodnoty spinu" (spinové číslo je lichým násobkem 1/2).

Ve fyzice elementárních částic pak rozdělujeme částice do skupin, které se liší svým chováním při přeměnách, strukturou a dalšími vlastnostmi.

Jedná se především o leptony, mezony a baryony. Názvy těchto skupin vychází z pořadí hmotností jejich prvních známých zástupců: elektronu (leptony neboli lehké částice), mezonu p (mezony neboli středně těžké částice) a neutronu (baryony neboli těžké částice). Skupina mezonů a baryonů se zahrnuje pod společné označení hadrony. Tato skupina se svými vlastnostmi liší od skupiny leptonů.

Leptony

jsou elementární částice, pro něž je charakteristické, že neinteragují silně a že jsou to fermiony se spinovým kvantovým číslem 1/2. U leptonů zatím nebyla pozorována další vnitřní struktura.

Poznámky

Všechny částice bez vnitřní struktury se v literatuře označují jako „bodové částice“, resp. „skutečně elementární částice“ nebo též „základní částice“ (terminologie není sjednocena).

Podle současných poznatků existuje celkem 6 leptonů (a tedy i 6 antileptonů, viz kap. 2.4.2). Jsou to elektron (e), mion (m), tauon (t) a jim odpovídající neutrina – elektronové (n_e), mionové (n_m) a tauonové (n_t).

Náboj elektronu, mionu i tauonu je –e; všechna neutrina jsou elektricky neutrální.

Alternativní, ale nevhodné označení mionu je „mezon m“.

Alternativní označení tauonu jsou částice t, lepton t nebo těžký lepton.

Původně označení leptony znamenalo lehké částice, ale zejména po objevu těžkého leptonu ztrácí svůj původní smysl.

V moderním systému „základních elementárních částic“ tvoří leptony spolu s kvarky základní částice látky.

Hadrony

jsou skupina elementárních částic, pro něž je charakteristické, že interagují silně (srovnej leptony) a že je možno při rozptylových experimentech pozorovat jejich další vnitřní strukturu.

Poznámky

Dnes víme, že jsou složeny z kvarků (o kvarkové hypotéze budeme hovořit později).

Jedná se tedy o složené částice a název elementární částice je v tomto případě sice nevhodný, ale již vžitý - srovnej například původ slova atom.

Z tohoto důvodu se v některých publikacích od označení „elementární“ upouští a hovoří se pouze o částicích (terminologie není sjednocena).

Skupina hadronů se dělí na dvě skupiny částic: mezony a baryony.

Mezony

jsou všechny hadrony, jež jsou zároveň bosony.

Poznámky

Původně označení mezon znamenalo středně těžkou částici, z dnešního pohledu nemá už toto pojetí opodstatnění. Mnoho nově objevených částic svými hmotnostmi totiž tomuto původnímu významu pojmenování neodpovídá.

Mezi mezony patří např. piony, kaony, mezony D a další.

Baryony

jsou všechny hadrony, jež jsou zároveň fermiony.

Poznámka

Původně označení baryon znamenalo těžkou částici, z dnešního pohledu nemá už toto pojetí opodstatnění.

Mezi baryony patří nukleony a hyperony.

Nukleony

Do skupiny nukleonů patří proton (p) a neutron (n). Nukleony jsou nejlehčí baryony. Jsou to fermiony se spinovým kvantovým číslem 1/2.

Poznámka

Původ označení je v tom, že se jedná o elementární částice, ze kterých je složeno atomové jádro (nucleus).

Hyperony

jsou všechny baryony mimo nukleony.

Do této skupiny patří např. hyperony L, S, X, W a další. Jedná se o nestabilní částice patřící mezi tzv. rezonance.

Rezonance

Jako rezonance se označuje každá „elementární částice“, jejíž střední doba života je kratší než 10^-20s.

Rezonance vznikají při interakcích elementárních částic o vysokých energiích. Příčinou jejich krátké doby života je skutečnost, že se rozpadají pod vlivem silné interakce. (Částice rozpadající se vlivem slabé interakce mají dobu života podstatně delší, viz např. vlastnosti neutronu).

Poznámky

Původ názvu je ve skutečnosti, že rezonance vznikají pouze při srážce elementárních částic zcela určitých energií, resp. odpovídajících frekvencí, což připomíná klasické rezonanční jevy (např. mechanické a elektrické rezonanční jevy).

Dosud je známo více než 100 mezonových a baryonových rezonancí.

Pro lepší orientaci shrňme výše uvedené informace ve formě tabulky, která je přehlednější.

Jak už bylo řečeno, částice je možné klasifikovat podle jejich fyzikálních charakteristik, některé už známe z atomové či jaderné fyziky, jiné charakteristiky bylo nutné doplnit později. Uveďme si jejich celkový přehled.