Елементарні частки
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Елементарні частки

Елементарні частки

Елементарні частки.

  Введення . Е . ч. у точному значенні цього терміну — первинні, далі нерозкладні частки, з яких, по припущенню, полягає вся матерія. У понятті «Е. ч.» в сучасній фізиці знаходить вираження ідея про первісну суть, що визначає всі відомі властивості матеріального світу, ідея, що зародилася на ранніх етапах становлення природознавства і завжди грала важливу роль в його розвитку.

загрузка...

  Поняття «Е. ч.» сформувалося в тісному зв'язку зі встановленням дискретного характеру будови речовини на мікроскопічному рівні. Виявлення на рубежі 19—20 вв.(століття) найдрібніших носіїв властивостей речовини — молекул і атомів — і встановлення того факту, що молекули побудовані з атомів, вперше дозволило описати всі відомі речовини як комбінації кінцевого, хоча і великого, числа структурних складових — атомів. Виявлення надалі наявності складених складаючих атомів — електронів і ядер, встановлення складної природи ядер, що виявилися побудованими всього з двох типів часток ( протонів і нейтронів ), істотно зменшило кількість дискретних елементів, що формують властивості речовини, і дало підставу передбачати, що ланцюжок складових частин матерії завершується дискретними безструктурними утвореннями — Е. ч. Таке припущення, взагалі кажучи, є екстраполяцією відомих фактів і скільки-небудь строго обгрунтовано бути не може. Не можна з упевненістю стверджувати що частки, елементарні в сенсі приведеного визначення, існують. Протони і нейтрони, наприклад, тривалий час Е, що вважалися. ч., як з'ясувалося, мають складну будову. Не унеможливлено того, що послідовність структурних складових матерії принципово безконечна. Може виявитися також, що твердження «складається з...» на якомусь рівні вивчення матерії виявиться позбавленим вміст. Від даного вище визначення «елементарності» в цьому випадку доведеться відмовитися. Існування Е. ч. — це свого роду постулат, і перевірка його справедливості — одне з найважливіших завдань фізики.

  Термін «Е. ч.» часто уживається в сучасній фізиці не в своєму точному значенні, а менш строго — для найменування великої групи найдрібніших часток матерії, підлеглих умові, що вони не є атомами або атомними ядрами (виняток становить просте ядро атома водню — протон). Як показали дослідження, ця група часток незвичайно обширна. Окрім згадуваних протона (р), нейтрона (n) і електрона (e - ) до неї відносяться: фотон (g), пі-мезони (p), мюони (m), нейтрино трьох типів (електронне v e мюонне v m і пов'язане з т.з. важким лептоном v t ), т.з. дивні частки ( До-мезони і гіперони ) , всілякі резонанси, відкриті в 1974—77 в-часток, «зачарованих» частки, Іпсилон-частки (¡) і важкі лептони (t + , t ) — всього більше 350 часток, в основному нестабільних. Число часток, що включаються в цю групу, продовжує зростати і, швидше за все, необмежено велике; при цьому більшість перерахованих часток не задовольняють строгому визначенню елементарності, оскільки, по сучасних виставах, вони є складеними системами (див. нижчий). Використання назви «Е. ч.» до всіх цих часток має історичні причини і пов'язано з тим періодом досліджень (початок 30-х рр. 20 ст), коли єдино відомими представниками даної групи були протон, нейтрон, електрон і частка електромагнітного поля — фотон. Ці чотири частки тоді природно було вважати елементарними, оскільки вони служили основою для побудови речовини, що оточувала нас, і електромагнітного поля, що взаємодіє з ним, а складна структура протона і нейтрона не була відома.

  Відкриття нових мікроскопічних часток матерії поступово зруйнувало цю просту картину. Знов виявлені частки, проте, у багатьох відношеннях були близькі до перших чотирьом відомим часткам. Об'єднуюча їх властивість полягає в тому, що всі вони є специфічними формами існування матерії, що не асоціюється в ядра і атоми (інколи з цієї причини їх називають «суб'ядерними частками»). Поки кількість таких часток була не дуже велика зберігалося переконання, що вони грають фундаментальну роль в будові матерії, і їх відносили до категорії Е. ч. Наростання числа суб'ядерних часток, виявлення у багатьох з них складної будови показало, що вони, як правило, не володіють властивостями елементарності, але традиційна назва «Е. ч.» за ними збереглося.

  Відповідно до практики, що склалася, термін «Е. ч.» уживатиметься нижче як загального назв.(назва) суб'ядерних часток. У тих випадках, коли мова йтиме про частки, що претендують на роль первинних елементів матерії, при необхідності використовуватиметься термін «істинно Е. ч.».

  Короткі історичні відомості. Відкриття Е. ч. з'явилося закономірним результатом загальних успіхів у вивченні будови речовини, досягнутих фізикою в кінці 19 ст Воно було підготовлене всесторонніми дослідженнями оптичних спектрів атомів, вивченням електричних явищ в рідинах і газах, відкриттям фотоелектрічества, рентгенівських променів, природної радіоактивності, що свідчили про існування складної структури матерії.

  Історично першою відкритою Е. ч. був електрон — носій негативного елементарного електричного заряду в атомах. У 1897 Дж. Дж. Томсон встановив, що т.з. катодні промені утворені потоком найдрібніших часток, які були названі електронами. У 1911 Е. Резерфорд, пропускаючи альфа-частки від природного радіоактивного джерела через тонку фольгу різних речовин, з'ясував, що позитивний заряд в атомах зосереджений в компактних утвореннях — ядрах, а в 1919 виявив серед часток, вибитих з атомних ядер, протони — частки з одиничним позитивним зарядом і масою, в 1840 разів що перевищує масу електрона. Інша частка, що входить до складу ядра, — нейтрон — була відкрита в 1932 Дж. Чедвіком при дослідженнях взаємодії а-часток з берилієм. Нейтрон має масу, близьку до маси протона, але не володіє електричним зарядом. Відкриттям нейтрона завершилося виявлення часток — структурних елементів атомів і їх ядер.

  Вивід про існування частки електромагнітного поля — фотона — бере свій початок з роботи М. Планка (1900). Передбачивши, що енергія електромагнітного випромінювання абсолютно чорного тіла квантованна, Планк отримав правильну формулу для спектру випромінювання. Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн (1905) постулював, що електромагнітне випромінювання (світло) насправді є потоком окремих квантів (фотонів), і на цій основі пояснив закономірності фотоефекту . Прямі експериментальні докази існування фотона були дани Р. Міллікеном (1912— 1915) і А. Комптоном (1922; см . Комптона ефект ).

  Відкриття нейтрино — частки, що майже не взаємодіє з речовиною, веде свій початок від теоретичної здогадки Ст Паулі (1930), що дозволила за рахунок припущення про народження такої частки усунути труднощі із законом збереження енергії в процесах бета-розпаду радіоактивних ядер. Експериментальне існування нейтрино було підтверджено лише в 1953 (Ф. Райнес і До Коуен, США).

  З 30-х і до початку 50-х рр. вивчення Е. ч. було тісно пов'язано з дослідженням космічних променів . В 1932 в складі космічних променів До. Андерсоном був виявлений позитрон (е + ) — частка з масою електрона, але з позитивним електричним зарядом. Позитрон був першим відкритим античасткою (див. нижчий). Існування е + безпосередньо витікало з релятивістської теорії електрона, розвинений П. Дираком (1928—31) незадовго до виявлення позитрона. У 1936 американські фізики К. Андерсон і С. Неддермейер виявили при дослідженні осмічеських променів мюони (обох знаків електричного заряду) — частки з масою приблизно в 200 мас електрона, а в останньому дивно близькі по властивостях до е - , е + .

  В 1947 також в космічних променях групою С. Пауелла були відкриті p + і p - -мезони з масою в 274 електронні маси, що грають важливу роль у взаємодії протонів з нейтронами в ядрах. Існування подібних часток було передбачене Х. Юкавой в 1935.

  Кінець 40-х — початок 50-х рр. ознаменувалися відкриттям великої групи часток з незвичайними властивостями, що отримали назва «дивних». Перші частки цієї групи К + - і К - -мезони, L-, S + -, S - -, X - -гиперони були відкриті в космічних променях, подальші відкриття дивних часток були зроблені на прискорювачах — установках, що створюють інтенсивні потоки швидких протонів і електронів. При зіткненні з речовиною прискорені протони і електрони народжують нові Е. ч., які і стають предметом вивчення.

  З початку 50-х рр. прискорювачі перетворилися на основний інструмент для дослідження Е. ч. У 70-х рр. енергії часток, що розганяють на прискорювачах, склали десятки і сотні млрд. електронвольт ( Гев ) . Прагнення до збільшення енергій часток обумовлене тим, що високі енергії відкривають можливість вивчення будови матерії на тим менших відстанях, чим вище енергія часток, що стикаються. Прискорювачі істотно збільшили темп здобуття нових даних і в короткий термін розширили і збагатили наше знання властивостей мікросвіту. Вживання прискорювачів для вивчення дивних часток дозволило детальніше вивчити їх властивості, зокрема особливості їх розпаду, і незабаром привело до важливого відкриття: з'ясуванню можливості зміни характеристик деяких мікропроцесів при операції дзеркального віддзеркалення (див. Просторова інверсія ) т.з. порушенню просторів. парності (1956). Той, що вводить до ладу протонних прискорювачів з енергіями в мільярди ев дозволив відкрити важкі античастки: антипротон (1955), антинейтрон (1956), антисигма-гіперони (1960). У 1964 був відкритий найважчий гіперон W - (з масою близько двох мас протона). У 1960-х рр. на прискорювачах було відкрито велике число украй нестійких (в порівнянні з ін. нестабільними Е. ч.) часток, що отримали назву «резонансів». Маси більшості резонансів перевищують масу протона. Перший з них D 1 (1232) було відомо з 1953. Виявилось, що резонанси складають основна частина Е. ч.

  В 1962 було з'ясовано, що існують два різні нейтрино: електронне і мюонне. У 1964 в розпадах нейтральних до-мезонів. було виявлено незбереження т, н. комбінованій парності (введеною Лі Цзун-дао і Ян Чжень-ніном і незалежно Л. Д. Ландау в 1956; див.(дивися) Комбінована інверсія ), що означає необхідність того, що передивляється звичних поглядів на поведінку фізичних процесів при операції віддзеркалення часу (див. Теорема СРТ ) .

  В 1974 були виявлені масивні (у 3—4 протонні маси) і в той же час відносний стійкі в-частки, з часом життя, незвично великим для резонансів. Вони виявилися тісно пов'язаними з новим сімейством Е. ч. — «зачарованих», перші представники якого (D 0 , D + , L з ) були відкриті в 1976. У 1975 були отримані перші відомості про існування важкого аналога електрона і мюона (важкого лептона t). У 1977 були відкриті ¡-частицы з масою порядка десяток протонних мас.

  Таким чином, за роки, прошедшие після відкриття електрона, було виявлено величезне число всіляких мікрочасток матерії. Світ Е. ч. виявився досить складний влаштованим. Несподіваними у багатьох відношеннях виявилися властивості виявлених Е. ч. Для їх опису, окрім характеристик, запозичених з класичної фізики, таких, як електричний заряд, маса, момент кількості руху, потрібно було ввести багато нових спеціальних характеристик, зокрема для опису дивних Е. ч. — дивацтво (До. Нішиджіма, М. Гелл-Ман, 1953), «зачарованих» Е . ч. — «чарівність» (американські фізики Дж. Бьєркен, Ш. Глешоу, 1964); вже назви приведених характеристик відображають незвичність описуваних ними властивостей Е. ч.

  Вивчення внутрішньої будови матерії і властивостей Е. ч. з перших своїх кроків супроводилося таким, що радикальним передивляється багатьох сталих понять і вистав. Закономірності, керівники поведінкою матерії в малому, виявилися настільки відмінними від закономірностей класичної механіки і електродинаміки, що зажадали для свого опису абсолютно нових теоретичних побудов. Такими новими фундаментальними побудовами в теорії з'явилися приватна (спеціальна) і загальна теорія відносності (А. Ейнштейн, 1905 і 1916; див.(дивися) Відносності теорія, Тяжіння ) і квантова механіка (1924—27; Н. Бор, Л. де Бройль, Ст Гейзенберг, Е . Шредінгер, М. Борн ) . Теорія відносності і квантова механіка знаменували собою справжню революцію в науці про природу і заклали основи для опису явищ мікросвіту. Проте для опису процесів, що відбуваються з Е. ч., квантової механіки виявилося недостатньо. Знадобився наступний крок — квантування класичних полів (т.з. квантування вторинне ) і розробка квантової теорії поля. Найважливішими етапами на дорозі її розвитку були: формулювання квантової електродинаміки (П. Дирак, 1929), квантової теорії b-розпаду (Е. Фермі, 1934), що поклала початок сучасної теорії слабких взаємодій, квантової мезодинаміки (Юкава, 1935). Безпосередньою попередницею останньою була т.з. b-теорія ядерних сил (І. Е. Тамм, Д. Д. Іваненко, 1934; див.(дивися) Сильні взаємодії ) . Цей період завершився створенням послідовного обчислювального апарату квантової електродинаміки (С. Томонага, Р. Фейнман, Ю. Швінгер ; 1944—49), заснованого на використанні техніки перенормування (див. Квантова теорія поля ) . Ця техніка була узагальнена згодом стосовно інших варіантів квантової теорії поля.

  Квантова теорія поля продовжує розвиватися і удосконалюватися і є основою для опису взаємодій Е. ч. В цієї теорії є ряд істотних успіхів, та все ж вона ще дуже далека від завершеності і не може претендувати на роль всеосяжної теорії Е. ч. Походження багато властивостей Е. ч. і природа властивих ним взаємодій значною мірою залишаються неясними. Можливо, знадобиться ще не одна перебудова всіх вистав і набагато глибше розуміння взаємозв'язку властивостей мікрочасток і геометричних властивостей простору-часу, перш ніж теорія Е. ч. буде побудована.

  Основні властивості елементарних часток. Класи взаємодій. Все Е. ч. є об'єктами виключно малих мас і розмірів. У більшості з них маси мають порядок величини маси протона, рівною 1,6×10 -24 г (помітно менше лише маса електрона: 9×10 -28 г ). Визначені з досвіду розміри протона, нейтрона, p-мезона по порядку величини рівні 10 -13 див. Розміри електрона і мюона визначити не удалося, відомо лише, що вони менше 10 -15 див. Мікроскопічні маси і розміри Е. ч. лежать в основі квантової специфіки їх поведінки. Характерні довжини хвиль, які слід приписати Е. ч. у квантовій теорії (, де  — постійна Планка, m — маса частки, з — швидкість світла) по порядку величин близькі до типових розмірів, на яких здійснюється їх взаємодія (наприклад, для p-мезона 1,4×10 -13 см ) . Це і приводить до того, що квантові закономірності є визначальний для Е. ч.

  Найбільш важлива квантова властивість всіх Е. ч. — їх здатність народжуватися і знищуватися (випускатися і поглинатися) при взаємодії з ін. частками. В цьому відношенні вони повністю аналогічні фотонам. Е. ч. — це специфічні кванти матерії, точніше — кванти відповідних фізичних полів (див. нижчий). Всі процеси з Е. ч. протікають через послідовність актів їх поглинання і випускання. Лише на цій основі можна зрозуміти наприклад, процес народження p + -мезона при зіткненні двох протонів (р + р ® р + n+ p + ) або процес анігіляції електрона і позитрона, коли замість зниклих часток виникають, наприклад, два g-кванті (е + - ® g + g). Але і процеси пружного розсіяння часток, наприклад е - +p ® е - + р, також пов'язані з поглинанням початкових часток і народженням кінцевих часток. Розпад нестабільних Е. ч. на більш легкі частки, супроводжуваний виділенням енергії, відповідає тій же закономірності і є процесом, в якому продукти розпаду народжуються у момент самого розпаду і до цього моменту не існують. В цьому відношенні розпад Е. ч. подібний до розпаду збудженого атома на атом в основному стані і фотон. Прикладами розпадів Е. ч. можуть служити: ; p + ® m + + v m ; К + ® p + + p 0 (знаком «тильда» над символом частки тут і надалі помічені відповідні античастки).

  Різні процеси з Е. ч. помітно відрізняються по інтенсивності протікання. Відповідно до цього взаємодії Е. ч. можна феноменологічно розділити на декілька класів: сильні, електромагнітні і слабкі взаємодії. Все Е. ч. володіють, крім того, гравітаційною взаємодією.

  Сильні взаємодії виділяються як взаємодії, які породжують процеси, що протікають з найбільшою інтенсивністю серед всіх останніх процесів. Вони приводять і до найсильнішого зв'язку Е. ч. Саме сильні взаємодії обумовлюють зв'язок протонів і нейтронів в ядрах атомів і забезпечують виняткову міцність цих утворень, лежачу в основі стабільності речовини в земних умовах.

   Електромагнітні взаємодії характеризуються як взаємодії, в основі яких лежить зв'язок з електромагнітним полем. Процеси, обумовлені ними, менш інтенсивні, чим процеси сильних взаємодій, а породжуваний ними зв'язок Е. ч. помітно слабкіше. Електромагнітні взаємодії, зокрема, відповідальні за зв'язок атомних електронів з ядрами і зв'язок атомів в молекулах.

  Слабкі взаємодії, як показує само назва, викликають дуже повільно протікаючі процеси з Е. ч. Ілюстрацією їх малої інтенсивності може служити той факт, що нейтрино, що володіють лише слабкими взаємодіями, безперешкодно пронизують, наприклад, товщу Землі і Сонця. Слабкі взаємодії обумовлюють також повільні розпади т.з. квазістабільних Е. ч. Часи життя цих часток лежать в діапазоні 10 -8 10 -10 сік, тоді як типові часи для сильних взаємодій Е. ч. складають 10 -23 —10 -24 сек.

  Гравітаційні взаємодії, добре відомі по своїх макроскопічних проявах, в разі Е. ч. на характерних відстанях ~10 -13 см дають надзвичайно малі ефекти із-за крихти мас Е. ч.

  Силу різних класів взаємодій можна приблизно охарактеризувати безрозмірними параметрами, пов'язаними з квадратами констант відповідних взаємодій. Для сильних, електромагнітних, слабких і гравітаційних взаємодій протонів при середній енергії процесу ~1 Гев ці параметри співвідносяться як 1:10 -2 : l0 -10 :10 -38 . Необхідність вказівки середній енергії процесу пов'язана з тим, що для слабких взаємодій безрозмірний параметр залежить від енергії. Крім того, самі інтенсивності різних процесів по-різному залежать від енергії. Це приводить до того, що відносна роль різних взаємодій, взагалі кажучи, міняється із зростанням енергії взаємодіючих часток, так що розділення взаємодій на класи, засноване на порівнянні інтенсивностей процесів, надійно здійснюється при не дуже високих енергіях. Різні класи взаємодій мають, проте, і іншу специфіку, пов'язану з різними властивостями їх симетрії (див. Симетрія у фізиці), яка сприяє їх розділенню і при вищих енергіях. Чи збережеться таке ділення взаємодій на класи в межі найбільших енергій, поки залишається неясним.

  Залежно від участі в тих або інших видах взаємодій все вивчені Е. ч., за винятком фотона, розбиваються на дві основні групи: адрони (від грецького hadros — великий, сильний) і лептони (від грецького leptos — дрібний, тонкий, легкий). Адрони характеризуються перш за все тим, що вони володіють сильними взаємодіями, поряд з електромагнітними і слабкими, тоді як лептони беруть участь лише в електромагнітних і слабких взаємодіях. (Наявність загальних для тієї і іншої групи гравітаційних взаємодій мається на увазі.) Маси адронів по порядку величини близькі до маси протона ( т р ); мінімальну масу серед адронів має p-мезон: т p » м-код 1/7× т р . Маси лептонів, відомих до 1975—76, були невеликі (0,1 m p ), проте новітні дані, мабуть, вказують на можливість існування важких лептонів з такими ж масами, як в адронів. Першими дослідженими представниками адронів були протон і нейтрон, лептонів — електрон. Фотон, що володіє лише електромагнітними взаємодіями, не може бути віднесений ні до адронів, ні до лептонів і має бути виділений в отд.(окремий) групу. По виставах, що розвиваються в 70-х рр., фотон (частка з нульовою масою спокою) входить до однієї групи з дуже масивними частками — т.з. проміжними векторними бозонами, відповідальними за слабкі взаємодії і доки на досвіді що не спостерігалися (див. розділ Елементарні частки і квантова теорія поля).

  Характеристики елементарних часток. Кожна Е. ч., поряд із специфікою властивих нею взаємодій, описується набором дискретних значень певних фізичних величин, або своїми характеристиками. У ряді випадків ці дискретні значення виражаються через цілі або дробові числа і деякий загальний множник — одиницю виміру; про ці числа говорять як про квантових числах Е. ч. і задають лише їх, опускаючи одиниці виміру.

  Загальними характеристиками всіх Е. ч. є маса ( m ), час життя (t), спин ( J ) і електричний заряд ( Q ). Поки немає достатнього розуміння того, по якому закону розподілені маси Е. ч. і чи існує для них якась одиниця виміру.

  Залежно від часу життя Е. ч. діляться на стабільних, квазістабільних і нестабільних (резонанси). Стабільними, в межах точності сучасних вимірів, є електрон (t > 5×10 21 років), протон (t > 2×10 30 років), фотон і нейтрино. До квазістабільних відносять частки, що розпадаються за рахунок електромагнітних і слабких взаємодій. Їх часи життя > 10 -20 сік (для вільного нейтрона навіть ~ 1000 сік ) . Резонансами називаються Е. ч., що розпадаються за рахунок сильних взаємодій. Їх характерні часи життя 10 -23 —10 -24 сек. В деяких випадках розпад важких резонансів (з масою ³ 3 Гев ) за рахунок сильних взаємодій виявляється пригніченим і час життя збільшується до значень — ~10 -20 сек.

  Спин Е. ч. є цілим або напівцілим кратним від величини . У цих одиницях спин p - і до-мезонів дорівнює 0, в протона нейтрона і електрона J= 1/2, у фотона J = 1. Існують частки і з вищим спином. Величина спину Е. ч. визначає поведінку ансамблю однакових (тотожних) часток, або їх статистику (Ст Паулі, 1940). Частки напівцілого спину підкоряються Фермі — Дираку статистиці (звідси назва ферміони ), яка вимагає антисиметрії хвилевій функції системи відносно перестановки пари часток (або непарного числа пар) і, отже, «забороняє» двом часткам напівцілого спину знаходитися в однаковому стані ( Паулі принцип ) . Частки цілого спину підкоряються Бозе — Ейнштейна статистиці (звідси назва бозони ) , яка вимагає симетрії хвилевої функції відносно перестановок часток і допускає знаходження будь-якого числа часток в одному і тому ж стані. Статистичні властивості Е. ч. виявляються істотними в тих випадках, коли при народженні або розпаді утворюється декілька однакових часток. Статистика Фермі — Дирак грає також виключно важливу роль в структурі ядер і визначає закономірності заповнення електронами атомних оболонок, лежачі в основі періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва .

  Електричні заряди вивчених Е. ч. є цілими кратними від величини е » 1,6×10 -19 до, називаються елементарним електричним зарядом. У відомих Е. ч. Q = 0, ±1, ±2.

  Окрім вказаних величин Е. ч. додатково характеризуються ще рядом квантових чисел, називаються внутрішніми. Лептони несуть специфічний лептонний заряд L двох типів: електронний ( L e ) і мюонний ( L m ); L e = +1 для електрона і електронного нейтрино, L m = +1 для негативного мюона і мюонного нейтрино. Важкий лептон t; і пов'язане з ним нейтрино, мабуть, є носіями нового типа лептонного заряду L t .

  Для адронів L = 0, і це ще один прояв їх відмінності від лептонів. У свою чергу, значні частини адронів слід приписати особливий баріонний заряд В (|Е| = 1). Адрони з В = +1 утворюють підгрупу баріонів (сюди входять протон, нейтрон, гіперони, баріонні резонанси), а адрони з В = 0 — підгрупу мезонів (p - і до-мезони, бозонні резонанси). Назва підгруп адронів походить від грецьких слів barýs — важкий і mésos — середній, що на початковому етапі досліджень Е. ч. відображало порівняльні величини мас відомих тоді баріонів і мезонів. Пізніші дані показали, що маси баріонів і мезонів порівнянні. Для лептонів В = 0. Для фотона В = 0 і L = 0.

  Баріони і мезони підрозділяються на вже згадувані сукупності: звичайних (недивних) часток (протон, нейтрон, p-мезоні), дивних часток (гіперони, до-мезони) і зачарованих часток. Цьому розділенню відповідає наявність в адронів особливих квантових чисел: дивацтва S і чарівність (англійське charm) Ch з допустимими значеннями: 151 = 0, 1, 2, 3 і | Ch | = 0, 1, 2, 3. Для звичайних часток S = 0 і Ch = 0, для дивних часток | S | ¹ 0, Ch = 0, для зачарованих часток | Ch | ¹ 0, а | S | = 0, 1, 2. Замість дивацтва часто використовується квантове число гіперзаряд Y = S + У, що має мабуть, фундаментальніше значення.

  Вже перші дослідження із звичайними адронами виявили наявність серед них сімейств часток, близьких по масі, з дуже схожими властивостями по відношенню до сильних взаємодій, але з різними значеннями електричного заряду. Протон і нейтрон (нуклони) були першим прикладом такого сімейства. Пізніше аналогічні сімейства були виявлені серед дивних і (у 1976) серед зачарованих адронів. Спільність властивостей часток, що входять в такі сімейства, є віддзеркаленням існування у них однакового значення спеціального квантового числа — ізотопічного спину I, що приймає, як і звичайний спин, цілі і напівцілі значення. Самі сімейства зазвичай називаються ізотопічними мультіплетамі. Число часток в мультиплеті ( п ) пов'язане з I співвідношенням: n = 2 I + 1. Частки одного ізотопічного мультиплета відрізняються один від одного значенням «проекції» ізотопічного спину I 3 , і відповідні значення Q даються вираженням:

  Важливою характеристикою адронів є також внутрішня парність Р, пов'язана з операцією просторів, інверсії: Р набуває значень ±1.

  Для всіх Е. ч. з ненульовими значеннями хоч би одного із зарядів Про, L, В, Y ( S ) і чарівність Ch існують античастки з тими ж значеннями маси т, часу життя t, спина J і для адронів ізотопічного спину 1, але з протилежними знаками всіх зарядів і для баріонів з протилежним знаком внутрішньої парності Р. Частки, що не мають античасток, називаються абсолютно (істинно) нейтральними. Абсолютно нейтральні адрони володіють спеціальним квантовим числом — зарядовою парністю (тобто парністю по відношенню до операції зарядового сполучення ) З із значеннями ±1; прикладами таких часток можуть служити фотон і p 0 .

  Квантові числа Е. ч. розділяються на точних (тобто такі, які пов'язані з фізичними величинами, що зберігаються у всіх процесах) і неточні (для яких відповідні фізичні величини в частині процесів не зберігаються). Спин J пов'язаний із строгим законом збереження моменту кількості руху і тому є точним квантовим числом. Інші точні квантові числа: Q, L, В; за сучасними даними, вони зберігаються при всіх перетвореннях Е. ч. Стабільність протона є безпосереднє вираження збереження В (ні, наприклад, розпаду р ® е + +