Спроси у современного среднестатистического жителя планеты из чего он состоит, ответ будет поверхностным: из молекул, клеток. В более глубокие дебри забираются не многие. Но нужно докопаться до самых мелких деталей – фундаментальных частиц. Дробить их мы пока не научились. Обо всём ниже.
1. Элементарно, Ватсон
Само название «элементарная частица» интуитивно наталкивает на мысль, что это что-то невероятно маленькое, далее не делимое. Так оно и есть в реальности.
Правда, что же конкретно считали минимальным компонентом Вселенной, сильно менялось со временем. Долгие века ученые думали, что ничего мельче атома не существует. Он и считался элементарной частицей. Аж со времен Демокрита.
2. Ошибочка вышла
Где-то 100 лет назад Э. Резерфорд, отец ядерной физики, сумел опуститься еще глубже. В ходе эксперимента он выявил наличие атомного ядра (положительно заряженного) и электронов. Получается, атом – не самое маленькое явление в природе.
Несколько позже, независимо друг от друга, В. Гейзенберг и Д. Иваненко выяснили, что и ядра атомов не целостны. Они состоят из протонов и нейтронов. Получалось, что мир элементарных частиц представлен тремя жителями: электронами, протонами, нейтронами.
3. Хитрые вопросы
Квантовая механика поставила физиков в тупик относительно атома. Два вопроса оставалось без ответа:
- почему протоны не разлетаются внутри ядра (ведь они положительно заряжены, поэтому должны отталкиваться);
- почему они не вечны (если частица элементарна, то она должна существовать всегда – ведь ничто не может заставить ее развалиться. Эксперименты показали, что нейтрон распадается).
В ходе распада нейтрона образуется протон, электрон и, новая загадочная частица, нейтрино.
4. Понеслась…
На 4 фундаментальных частицах не остановились. Японский физик Х. Юкава ввел новую – пи-мезон. Она понадобилась для того, чтобы объяснить устойчивость атомного ядра.
Протоны и нейтроны должны как-то держаться вместе. Ядерная сила не позволяет им разлететься. Частица этой силы и была предложена японцем.
Далее тяжелый электрон был обнаружен (мюон).
А оборудование позволило изучать космические лучи. Так «засекли» мезоны (странные частицы). И это не всё, что преподнесло излучение небесных объектов. Число микрочастиц росло, а понимания становилось меньше.
5. К чему пришли
Элементарные частицы увеличивались в количестве благодаря ускорителям и Космосу. Не все из них жили долго, что говорит об их внутренней структуре, а, следовательно, неэлементарности.
В итоге удалось добраться до самого основания. Результат на сегодня таков: лептоны, кварки, калибровочные бозоны.
Лептоны – не участвуют в сильном взаимодействии (например, электрон).
Кварки – входят в состав протонов и нейтронов и имеют электрический заряд.
Калибровочные бозоны – переносчики 5 фундаментальных взаимодействий (например, бозон Хиггса).
Именно эти 3 группы частиц являются самыми мелкими. Они не поддаются дальнейшему делению.
--
Как видим, элементарные частицы в современной физике – совсем не то, что представляется большому кругу обывателей. Кроме атомов и молекул редко встретишь другие слова. Наука не стоит на месте, и уже давно заглянула в более глубокие дебри.
Спасибо за внимание. Подписывайтесь.