Основными свойствами элементарных частиц являются масса, заряд, среднее время жизни и участие в тех или иных типах взаимодействий. Мы привыкли к тому, что у всех природных объектов есть масса, хотя бы маленькая. Но напомним, что мир атомов и элементарных частиц радикально отличается от привычного для нас макромира. И как бы странно это ни звучало, но существуют элементарные частицы, не имеющие массы, – это фотоны, глюоны и гипотетические частицы – гравитоны. Другие частицы по массе делятся на:
1) лептоны (греч. leptos – легкий), к которым относятся электроны, мюоны, тау-лептон и разные виды нейтрино;
2) адроны (греч. adros – крупный, массивный), подразделяющиеся на:
а) мезоны (греч. mesos – средний) – это, к примеру, пионы и каоны;
б) барионы (греч. barys – тяжелый), из них самыми известными широкой общественности являются протоны и нейтроны.
Существуют также особого рода «промежуточные бозоны», имеющие массу, – речь идет о W- и Z-бозонах.
Все известные частицы обладают положительным, отрицательным или нулевым электрическим зарядом. Каждой частице, кроме фотона и двух мезонов, соответствуют античастицы с противоположным зарядом, образующие антиматерию. Если частица материи и соответствующая ей частица антиматерии сталкиваются, то происходит огромный выброс энергии, а сами частицы преобразуются в какие-либо другие частицы. Это явление физики называют аннигиляцией. Например, результатом столкновения электрона и позитрона (антиэлектрона) может стать появление двух или трех фотонов.
По времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные (те, для которых в настоящее время распады не обнаружены) и нестабильные (те, которые самопроизвольно распадаются за определенные промежутки времени). Стабильных частиц пять: фотон, две разновидности нейтрино, электрон и протон. Именно они играют важнейшую роль в структуре макротел. Все остальные частицы нестабильны. Они существуют, начиная с около 10–24 с и до приблизительно 15 минут (например, свободный, то есть находящийся вне ядра атома, нейтрон распадается за 880,0 ± 0,9 с – это около 14,7 мин.), после чего распадаются. Причем, элементарные частицы со средним временем жизни 10–22 – 10–24 с называются резонансами. Вследствие краткого времени существования они распадаются еще до того, как успеют покинуть атом или атомное ядро.