24. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Протон — не точка. Внутри него — кварки. Электроны, кварки, фотоны и ещё несколько видов частиц образуют всю материю и все силы во Вселенной. Современная наука собрала их в одну изящную структуру из 17 частиц и 3 сил — Стандартную модель.

Что умеет «элементарная» частица

«Элементарная» в физике означает: не имеет внутренней структуры — это уже самый мелкий кирпичик. Всё остальное (протоны, нейтроны, атомы) — сборное.

Семейства частиц

Фермионы — «кирпичики вещества»

Бозоны — «переносчики сил»

Протон = u + u + d
Два верхних кварка и один нижний
Нейтрон = u + d + d
Один верхний и два нижних

Что это за «насквозь» из нейтрино

Каждую секунду через твоё тело пролетают миллиарды нейтрино от Солнца, и почти все проходят без следа. Лишь иногда одно из миллиардов поймает детектор под толщей земной коры. Поэтому нейтрино и прозвали частицами-призраками.

Силы природы

Сила Кто переносит Действует Относительная сила
Сильноеглюоныядро1
Электромагнитноефотонызаряды~1/137
СлабоеW, Zраспады10⁻⁶
Гравитациягравитон?все тела10⁻³⁹

Сильное — самое мощное, оно держит ядра. Гравитация — самая слабая, но она действует на всё и на огромных расстояниях, поэтому в масштабе Вселенной именно она правит бал.

Антивещество

У каждой частицы есть античастица с той же массой, но противоположным зарядом. Позитрон = антиэлектрон. При встрече частицы и античастицы они аннигилируют: масса полностью превращается в энергию (E = mc²). В ПЭТ-томографии позитроны электронов внутри тела дают картинку органов.

Зачем строят коллайдеры

Расколоть на части то, что «элементарно», нельзя по определению. Зато можно ударить две частицы друг об друга с огромной энергией, и из этой энергии (E = mc²!) родятся новые, пока не родившиеся частицы. Так на БАК в 2012 поймали бозон Хиггса — последний недостающий кусочек Стандартной модели.

Чем ЛЭП отличается от ускорителя

В ускорителе важнее не «ускорить», а «сохранить» при ударе: чем быстрее сталкиваются, тем жирнее рождаются частицы. БАК — машина для создания массы из энергии. Это самый дерзкий эксперимент человечества.

Открытые вопросы

Стандартная модель — одна из самых успешных теорий науки: она предсказывает результаты экспериментов с невероятной точностью. Но она не последняя — физики уже копают глубже.

← Назад: Теория относительности Дальше: Астрофизика и космология →