Размер элементарной частицы — характеристика частицы, отражающая распределение по пространству её массы или 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

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 отличии от лептонов, не были обнаружены в свободном состоянии, поскольку пока не существует удовлетворительного решения проблемы конфайнмента в рамках квантовой хромодинамики. Поэтому калибровочные бозоны, кварки и лептоны являются точечными (бесструктурными) в плоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м^[1]. В процессе адронизации из кварков (а также антикварков) и глюонов формируются адроны^[2]. Этот класс элементарных (но составных) частиц делится на две группы: барионы (состоят из 3-х 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 отличии 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

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

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:

= (0,814 ± 0,015)·10⁻¹⁵ м,

• для π^±-мезонов:

= (0,663 ± 0,023)·10⁻¹⁵ м,

• для K^±-мезонов:

= (0,53 ± 0,05)·10⁻¹⁵ м.

Погрешности отражают уровень точности выполненных экспериментов.

§См. также

• Классический радиус электрона
• Плотность заряда
• Центр масс
• Фундаментальная длина
• Планковская длина
• Планковский объём

§Литература

• Главный редактор электронная версия)