В некоторой степени было бы удобно полагать, что есть частица, меньше которой уже не найти. Из таких частиц должны были бы состоять все тела и они стали бы тем самым фундаментальным кирпичиком природы. Традиционно, такие частицы называют элементарными.
Тем не менее, количество знаний про них просто зашкаливает. Есть целый зоопарк частиц - так называют всё многообразие уже открытых частиц и открываемых сегодня.
Давайте выберем из этого огромного массива данных то, что будет полезно знать обычному современному образованному человеку. Чаще всего ведь всё сводится к попытке осознать из чего всё сделано и тут полезно иметь представление всего про несколько моментов.
Каждая звезда, планета и человек, которые вы когда-либо видели, состоят всего из трёх основных компонентов.
В то время как Стандартная модель физики частиц описывает 17 элементарных частиц, повседневная материя требует всего трёх из них. Известно, что атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Сам электрон является элементарной частицей, то есть его нельзя разложить на что-то меньшее.
Однако протоны и нейтроны состоят из двух типов фундаментальных частиц, называемых кварками: «верхним» кварком и «нижним» кварком. Протон содержит два верхних кварка и один даункварк, а нейтрон — один верхний кварк и два даункварка.
С помощью этих трёх компонентов — верхних кварков, нижних кварков и электронов — природа формирует все химические элементы, существующие в существовании.
Однако элементарные частицы не просто состоят из материи. Они также определяют, как материя взаимодействует. Частицы, несущие Силу, известные как бозоны, выступают в роли посланников, определяющих правила Вселенной.
- Фотоны несут электромагнитную силу, делая возможными свет, электричество и магнетизм.
- Глюоны выступают в роли высшего клея во вселенной, плотно связывая кварки и образуя протоны и нейтроны через сильное ядерное взаимодействие.
- Бозоны W и Z опосредуют слабое ядерное взаимодействие, которое отвечает за радиоактивный распад и питает реакции синтеза внутри звёзд.
- Бозон Хиггса обеспечивает массу другим фундаментальным частицам, когда они проходят через его невидимое, охватывающее вселенную поле, фактически придавая материи её физическую сущность.
Оставшиеся частицы в Стандартной модели в основном являются более тяжёлыми, крайне нестабильными родственниками повседневных частиц, наряду с призрачными сущностями, называемыми нейтрино.
Нейтрино настолько невероятно светлые и так редко взаимодействуют, что триллионы из них проходят через человеческое тело каждую секунду, не оставляя следов. Более тяжёлые частицы, такие как топ-кварк или мюон, обычно появляются только в высокоэнергетических средах, таких как столкновения космических лучей или ускорители гигантских частиц.
Понимание элементарных частиц раскрывает глубокую, скрытую элегантность природы.
Хаотичный, невероятно разнообразный мир, который люди переживают каждый день, на самом фундаментальном уровне - это игра всего лишь нескольких неделимых строительных блоков и сил, которые ими управляют. И тут мы вспоминаем про элементарные частицы.