Размер элементарной частицы (Jg[byj zlybyumgjukw cgvmned)
Размер элементарной частицы — характеристика частицы, отражающая распределение по пространству её электрического заряда. Обычно говорят о среднеквадратическом радиусе распределения электрического заряда, который также характеризует и распределение массы:
- ,
где
- — радиус-вектор,
- — среднеквадратический радиус распределения электрического заряда,
- — нормированная плотность заряда (как функция радиус-вектора):
- Условие нормирования:
- — элемент объёма.
Положения Стандартной модели
[править | править код]В рамках Стандартной модели элементарные частицы делятся на два качественно разных вида: переносчики взаимодействия, которыми являются калибровочные бозоны (фотон, W- и Z-бозоны и 8 глюонов), и частицы вещества, представленные двумя группами: кварки и лептоны. Кварки, в отличие от лептонов, не были обнаружены в свободном состоянии (это объясняется теорией конфайнмента в рамках квантовой хромодинамики). Поэтому калибровочные бозоны, кварки и лептоны являются точечными (бесструктурными) вплоть до масштабов порядка 10−18 м[1]. В процессе адронизации из кварков (а также антикварков) и глюонов формируются адроны[2]. Этот класс составных частиц делится на две группы: барионы (состоят из 3 кварков) и мезоны (состоят из кварка и антикварка). Наиболее легкими и стабильными из барионов являются нуклоны, составляющие ядро атома, и представленные протоном и нейтроном. К мезонам относятся пионы (π-мезоны), каоны (K-мезоны) и многие другие. Ввиду большого разнообразия элементарных частиц, их размеры сильно отличаются.
Для калибровочных бозонов, кварков и лептонов в пределах точности выполненных измерений окончательно размеры не были обнаружены. Это означает, что их размеры меньше 10−18 м (пояснение см. выше). Если в дальнейших экспериментах окончательные размеры этих частиц не будут обнаружены, то это может свидетельствовать о том, что размеры калибровочных бозонов, кварков и лептонов близки к фундаментальной длине (которая весьма вероятно[3] может оказаться планковской длиной, равной 1,6⋅10−35 м).
В отличие от бесструктурных частиц, размеры адронов вполне обнаружимы. Их характерный среднеквадратический радиус определяется радиусом конфайнмента (или удержания кварков) и по порядку величины равен 10−15 м (1 фм). При этом он варьирует от адрона к адрону.
Связь среднеквадратического радиуса с формфактором частиц
[править | править код]Среднеквадратический радиус распределения заряда связан с формфактором частиц (Фурье-образом их плотности заряда) следующей формулой:
- ,
где — мнимая единица.
При малых справедливо следующее разложение:
Размеры протона, π± и К±-мезонов
[править | править код]На сегодняшний день наиболее надёжно измерены среднеквадратические радиусы распределения электрического заряда протона, заряженных π- и К-мезонов. Измерение формфакторов протона в экспериментах по рассеянию на нём электронов и формфакторов π- и К-мезонов в экспериментах по рассеянию их на электронах вещества позволило определить соответствующие среднеквадратические радиусы:
- для протона:
- = (0,8751 ± 0,0061)·10−15 м[4],
- для π±-мезонов:
- = (0,663 ± 0,023)·10−15 м [5],
- для K±-мезонов:
- = (0,53 ± 0,05)·10−15 м [5].
Погрешности отражают уровень точности выполненных экспериментов.
См. также
[править | править код]- Классический радиус электрона
- Плотность заряда
- Центр масс
- Фундаментальная длина
- Планковская длина
- Планковский объём
Литература
[править | править код]- Главный редактор А. М. Прохоров. Физическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. (электронная версия)
Примечания
[править | править код]- ↑ Оценка на начало 1990-х годов (см. А. М. Прохоров. Физическая энциклопедия)
- ↑ Конфайнмент и адронизация Архивная копия от 20 марта 2011 на Wayback Machine на сайте Элементы.ру
- ↑ А. М. Прохоров. Физическая энциклопедия, статья «Фундаментальная длина» (электронная версия).
- ↑ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Архивная копия от 8 декабря 2013 на Wayback Machine Fundamental Physical Constants — Complete Listing
- ↑ 1 2 А. М. Прохоров. Физическая энциклопедия.