Логика физики материалов простая - чтобы понять принцип работы того или иного объекта, нужно разобрать его на запчасти. Логично, что если попытаться разобрать всё сущее на мельчайшие кусочки, то в какой-то момент мы достигнем и предела - уровня, где уже нечего делить.
Эта фундаментальная схема мира называется Стандартной моделью физики элементарных частиц. Это не просто таблица с набором символов, а своего рода периодическая система Вселенной, где вместо атомов и молекул кванты, поля и силы.
Вся привычная нам материя состоит из удивительно малого набора кирпичиков: u- и d-кварков, электронов и электронных нейтрино. Удивительно, но эти четыре частицы и их античастицы - это всё, что нужно, чтобы построить атомы, планеты и даже людей.
Кварки объединяются по три и образуют протоны и нейтроны, из которых состоят атомные ядра. Электроны располагаются вокруг этих ядер, формируя атомы. Нейтрино почти не взаимодействуют с веществом - миллиарды из них ежесекундно пролетают через наше тело, не оставляя и следа.
Понятные нам размерные линии тут не имеют никакого смысла. Так человеческий волос имеет толщину около 0,1 миллиметра, а атом - порядка 10⁻¹⁰ метра.
Электрон до сих пор не имеет обнаруженного размера. В экспериментах установлено лишь, что если он и не точечный, то его радиус меньше 10⁻²² метра. То есть электрон меньше атома примерно в миллиард миллиардов раз. Кварки u- и d- тоже выглядят точечными. Современные ускорители не нашли у них внутренней структуры. По оценкам, их «размер» не превышает 10⁻¹⁸ метра - это в сто тысяч раз меньше диаметра протона.
Электронное нейтрино вероятно, столь же точечно, как электрон. Его размер - менее 10⁻²⁴ метра, а масса в миллион раз меньше массы электрона.
Вы спросите - а зачем ты перечисляешь сразу четыре варианта частиц и для каждой приводишь размер? Ведь мы ищем самую маленькую. Вот тут ловушка Джокера. Все частицы, которые мы рассматриваем, уже не являются привычным физическим объектом. Часто речь идёт про точечные объекты, которые по не совсем понятным причинам меняют характерные размеры. Это нормально для квантового мира. Потому мы отметили четырех претендентов. Сегодня наука описывает это примерно так.
Чтобы частицы не "жили" каждая сама по себе, Вселенная снабдила их взаимодействиями - своеобразными «правилами общения». Их три всего. Электромагнетизм управляет всем, что связано с электричеством, светом и магнитами. Его переносчик фотон. Сильное взаимодействие удерживает кварки внутри протонов и нейтронов, а сами ядра от распада. Его посредники — глюоны. Слабое взаимодействие отвечает за радиоактивные превращения и рождение нейтрино. Его передают массивные W- и Z-бозоны.
У получившегося материала всегда есть масса. За неё отвечает бозон Хиггса. Он связан с одноимённым полем, которое пронизывает всё пространство. Когда частицы «плывут» сквозь это поле, они словно испытывают сопротивление, и это сопротивление проявляется как масса.
Однако забавно, что почти вся масса обычных вещей - не от Хиггса.
Протоны и нейтроны весят в сотни раз больше, чем сумма масс их кварков. Их масса - это энергия сильных взаимодействий внутри них. Иными словами, почти весь наш вес — это чистая энергия, запертая в микроскопическом вихре глюонов.
Стандартная модель не объясняет тёмную материю и тёмную энергию. Если они существуют — а всё говорит, что да, — нам предстоит расширить нашу «таблицу Вселенной» и, возможно, открыть целый новый пласт реальности.
За её пределами модели, вероятно, скрываются новые частицы, новые силы и, возможно, ключ к пониманию того, почему вообще существует что-то, а не ничто. Уже сегодня появляются те или иные исследования, которые утверждают, что и кварки состоят из каких-то составных частиц.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями