Согласно современной теории, электроны – это фундаментальные частицы, которые вращаются вокруг атомных ядер. Именно электроны лежат в основе электромагнетизма и различных химических процессов. И с самого момента их открытия физики задавались одним важным вопросом: является ли электрон неделимой истинно фундаментальной частицей или же он как протон и нейтрон состоит из других фундаментальных частиц. Так из чего же он состоит наш, казалось бы, такой простой электрон?
Электрон действительно фундаментальная частица или нет?
Идея о том, что атом есть та самая неделимая фундаментальная часть материи, зародилась еще более 2000 лет тому назад при Демокрите.
Однако с развитием науки стало понятно, что атом не есть конечная частица материи. Так достижения физики позволили нам узнать, что сам атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. А протоны и нейтроны в свою очередь можно разложить на кварки. Однако в отношении электронов вопрос до сих пор остается открытым: состоят ли они из более мелких частиц или же это, и есть та самая фундаментальная и неделимая частица.
С момента самого открытия, которое состоялось более 125 лет тому назад электроны, никак не поддавались логике распада. Так ни один даже высокоэнергетический эксперимент не позволил обнаружить более сложную структуру электрона.
И в настоящее время в рамках Стандартной модели физики электроны считаются неделимыми фундаментальными частицами.
Однако, невзирая на, казалось бы, однозначность позиции, это не помешало некоторым ученым предложить альтернативную теорию.
Изучая такие концепции, как суперсимметрия или же теория струн, некоторые физики представляют электрон со скрытой структурой. Более того, по их мнению электрон может быть вообще явлением, которое пока недоступно нашему современному пониманию самой сути природы.
Электроны и квантовые поля
Но если же у электронов нет более мелких «кирпичиков», из которых он состоит, так что же он такое? Ответ может скрываться в так называемой квантовой физике, а если быть точнее, то в понятии поля.
Так вот, вместо того, чтобы воспринимать электрон как твердую частицу, они его описывают как возбуждение поля.
При этом в данном случае поле – это вездесущая сущность, которая существует во всей Вселенной. И здесь каждый тип фундаментальной частицы, в том числе и электрон, рассматривается как возбуждение этого поля.
И получается, что электрон – это просто возбуждение электронного поля, прям точно так же, как свет является возбуждением электромагнитного поля.
В результате данной концепции электрон не является твердой или плотной частицей, а он лишь возмущение или же флуктуация в квантовом поле.
И вот это поле, впрочем как и все остальные поля во Вселенной, связаны с другими фундаментальными взаимодействиями. И в этом случае, например, поле Хиггса, дает электронам ту самую массу.
И получается, что именно за счет взаимодействий таких полей наблюдаемые нами частицы имеют массу, заряд и другие характеристики.
Так что электрон в квантовой теории – это возмущение поля. А в Современной теории это фундаментальная неделимая часть материи.
