К концу 19 века атомы считались наименьшими и неделимыми частицами, из которой состоит вся материя, но в 1897 году Джозеф Джон Томсон смог провести опыт, в котором на практике обнаружил электрон. Позже другие гениальные умы обнаружили, что атом состоит из ядра и электронов вокруг него, а ещё позже, что и ядро состоит из протонов и нейтронов. С развитием технологий в 20-м веке учёные узнали из чего состоят барионы (протоны и нейтроны), а также открыли десятки элементарных частиц и сотни частиц, имеющих сложное строение. Взаимодействие всех этих частиц, их превращение друг в друга, свойства каждой отдельной частицы и была призвана объяснить и классифицировать стандартная модель, о которой сегодня и пойдёт речь.
Барионы и фермионы
Как было упомянуто ранее, атом состоит из электронов, вращающихся вокруг ядра, заполненного протонами и нейтронами. Протоны и нейтроны входят в одну из групп адронов под названием барионы. Барионы — это адроны, состоящие из трёх кварков — элементарных частиц, являющихся основным кирпичиком в строении привычного нам вещества, а мезоны — это адроны, состоящие из двух кварков: частица-античастица.
Рассмотрим барионы поближе. Нейтрон, как понятно из его названия является нейтрально заряженным и состоит из двух нижних кварков и одного верхнего. Протон, в свою очередь, является положительно заряженным и состоит из одного нижнего и двух верхних кварков.
Кварки — это элементарные частицы, входящие в группу фермионов, они имеют массу, электрический заряд, цветной заряд и спин. В настоящее время нам известно шесть видов кварков: нижний d, верхний u, странный s, очарованный c, прелестный b и истинный t. Верхние и нижние кварки являются самыми легкими и образуются путем распада тяжелых кварков. Кроме кварков к фермионов относится и другая группа элементарных частиц — лептоны. Они в свою очередь делятся на две подгруппы. К одной из них с электрическим зарядом "±1" относятся такие частицы: электрон, мюон и тау-частица. А к другой группе с нейтральным зарядом причисляются электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино.
Бозоны
Бозоны иногда называют силовыми частицами, поскольку именно через обмен бозонами происходит взаимодействие между другими частицами. Сейчас достоверно известно, что бозоны отвечают за слабое, сильное и электромагнитное взаимодействие; а также предполагается, что через них происходит и гравитационное взаимодействие, но экспериментальных доказательств этому пока нет.
Согласно стандартной модели существует ряд фундаментальных бозонов:
- фотон — квант электромагнитного поля, элементарная частица, которая является носителем электромагнитного взаимодействия;
- глюон — который обуславливает сильное ядерное взаимодействие и связывает кварки, образуя протоны и нейтроны, а также удерживает их в ядре;
- ±W бозоны и Z бозон — являются калибровочными бозонами, которые обуславливают слабое ядерное взаимодействие;
Эти фундаментальные бозоны имеют спин 1 и существование их всех экспериментально подтверждено.
Также в этот список предусмотрены и другие фундаментальные бозоны такие как:
- бозон Хиггса, который обеспечивает массу покоя некоторым частицам (Существование подтверждено);
- гравитон — теоретическая частица, которая обуславливает гравитацию (Существование не подтверждено);
- суперпартнеры бозонов, которые по теории суперсимметрии быть у каждого фермионы (Существование не подтверждено).
Стандартная модель, к сожалению, имеет и много недостатков. Без правок в ручном режиме она не способна описать многие явления, которые наблюдаются в природе. В частности тёмную материю, гравитацию, массу нейтрино, а также она не объясняет наблюдаемое преобладание вещества над антивеществом. Поэтому её нельзя в настоящее время назвать "теорией всего".
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.
