Страница 8 из 31
ФЕРМИОНЫ И БОЗОНЫ
Все известные на данный момент частицы, согласно принципу исключения Паули, делятся на фермионы и бозоны. Они приведены в таблице на этой странице, а на следующей — указано, когда была выдвинута гипотеза об их существовании и когда они были открыты экспериментально.
Два фермиона не могут оставаться в одинаковом квантовом состоянии, то есть иметь одинаковые квантовые числа. Как видно из таблицы, фермионы имеют спин Vi и антисимметричную волновую функцию. Кроме того, согласно принципу исключения Паули, два электрона могут находиться на одном и том же атомном уровне (быть спаренными), только если значения их спинов противоположны друг другу, то есть если они различаются хотя бы спиновым числом.
Все фермионы подчиняются статистике Ферми — Дирака и делятся на две большие группы: кварки — частицы атомного ядра (протоны и нейтроны), участвующие в сильном ядерном взаимодействии, и лептоны, среди которых электроны и нейтрино с электрослабым взаимодействием. Бозоны, находящиеся в симметричных квантовых состояниях и обладающие целым спином, не подчиняются принципу Паули, то есть в одном квантовом состоянии может быть более одного бозона. По этой причине возможен, например, эффект лазера, когда множество фотонов переходит с одного энергетического уровня на другой с таким же квантовым числом. Бозоны следуют статистике Бозе — Эйнштейна и являются носителями сил, с помощью которых частицы взаимодействуют друг с другом.
Все частицы материи были названы фермионами в честь Энрико Ферми, который первым понял статистические принципы функционирования квантовой Вселенной.
Частица Гипотеза Открытие u-кварк Гелл-Манн и Цвейг (1964) Лаборатория SLAC (1967) d-кварк Гелл-Манн и Цвейг (1964) Лаборатория SLAC (1967) с-кварк Глэшоу, Илиопулос, Майяни (1970) Рихтер и другие сотрудники лаборатории SLAC и Тинг и сотрудники лаборатории BNL (1974) s-кварк Гелл-Манн и Цвейг (1964) Лаборатория SLAC (1967) t-кварк Кобаяси и Масукава (1973) Коллаборации CDF и DO Фермилаб (1995) b-кварк Кобаяси и Масукава (1973) Ледерман и сотрудники лаборатории Фермилаб (1977) Электронное нейтрино Паули (1930) Коуэн и Райнес (1956) Электрон Ламинг (1838) / Стони (1874) Томсон (1897) Мюонное нейтрино Саката и Иноуэ (1946) Ледерман, Шварц и Стейнбергер (1962) Мюон — Андерсон и Неддермейер (1936) Тау-нейтрино Перл и сотрудники лаборатории SLAC (1974) Коллаборация DONUT / Лаборатория Фермилаб (2000) Тау-лептон — Перл и сотрудники лаборатории SLAC (1974) Фотон Планк (1900) / Эйнштейн (1905) Рентген / Иван Пулюй (1896) Глюон Гелл-Манн (1962) Исследовательский центр DESY / детектор PLUTO (1978) Слабое взаимодействие Z° Глэшоу. Вайнберг, Салам (1968) Детекторы UA1 / UA2 (1983) Слабое взаимодействие W+/- Глэшоу, Вайнберг, Салам (1968) Детекторы UA1 / UA2 (1983) Бозон Хиггса Хиггс (1964) ЦЕРН-БАК (Большой адронный коллайдер) (2012)