Элементарные частицы
Элементарными частицами называют микрообъекты, меньшие, чем ядро атома. У некоторых таких частиц есть внутренняя структура — это, например, протоны и нейтроны. Они называются составными, однако разделить их на части невозможно. Говорят даже, что частицы не состоят из чего-то, а превращаются в что-либо. Другие элементарные частицы (электрон, нейтрино, кварки и т.д.) на данный момент считаются бесструктурными первичными фундаментальными частицами.
Всего на сегодня известно больше 350 элементарных частиц и античастиц. Стабильными из них являются фотон, электронное и мюонное нейтрино, протон, электрон и их античастицы. Остальным присущ самопроизвольный распад за время от долей секунды до 1000 с. Однако этого мизерного промежутка частицам хватает для перемещения в пределах границ ядра.
По отношению к ядру частицы подразделяются на два класса.
К классу лептонов (от слова leptos, то есть «маленький») относятся электрон и другие частицы, которые не принимают участия во внутриядерных взаимодействиях. К настоящему времени известно шесть таких частиц. Это родственные электрону мюон и более массивные may-частицы, а также парные каждой из вышеназванных частиц три разновидности нейтрино — электрически нейтральные частицы с нулевой или близкой к нулю массой.
Адроны (от слова hadros, то есть «большой») — это частицы, которые существуют внутри атомного ядра. Протон и нейтрон — наиболее известные из них, но существуют сотни других, нестабильных и быстро распадающихся. Впрочем, нейтрон тоже нестабилен. Все эти частицы подразделяются, в свою очередь, на барионы и мезоны. Если среди продуктов распада частицы есть протон, то она называется барион (от слова barys — «тяжелый»), если протона нет, то она называется мезон (от слова mesos — «средний»).
Поскольку видов адронов очень много, для упрощения картины была создана так называемая кварковая модель, согласно которой адроны состоят из еще более элементарных частиц. Эти частицы — кварки. Они имеют дробный электрический заряд — 1/3 или 2/3 заряда электрона либо протона. В свободном состоянии обнаружить их невозможно, а свойства и сам факт существования кварков определяются адронами, в состав которых они входят.
И адроны, и лептоны представляют собой строительный материал атомов. Есть еще так называемые калибровочные бозоны, к числу которых относятся и глюоны. Они удерживают элементарные частицы вместе.
Современная теория строения и взаимодействий элементарных частиц называется стандартной моделью. Согласно ей, элементарные кирпичики материи — шесть видов лептонов и шесть сортов (их называют ароматами) кварков. Все эти частицы являются фермионами. Многочисленные адроны — составные частицы, участвующие в сильном взаимодействии, — составлены из кварков в разных комбинациях. Каждый сорт кварка состоит из трех типов, кроме того, есть еще и антикварки. Поэтому стандартная модель может быть расширена до 61 частицы.
Три типа сил, действующих между фундаментальными фермионами: электромагнитные, слабые и сильные. Сильное взаимодействие связывает кварки в адроны.
Цветные и прелестные
Считается, что кварки бывают цветными, но на самом деле эти цвета условные и не имеют никакого отношения к краскам. Тем более что кроме синих, зеленых и красных кварков существуют еще антисиние, антикрасные и антизеленые. Кварки меняют цвет, когда обмениваются другими элементарными частицами — глюонами. Кроме цвета кварки обладают необычными именами. Физики назвали три из них странным, прелестным и очарованным кварками. И они действительно заслуживают эти названия.
История появления слова «кварк»
Слово «кварк» физик Марри Гелл-Манн взял из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», где чайки кричат: «Три кварка для мастера Марка!» Считается, что слово «кварк» здесь просто звукоподражание птичьему крику. Но слово quark по-немецки означает «творог» или «чепуха». И поэтому есть другая версия: Джойс, будучи в Австрии, услышал рекламный слоган «Drei Mark fur Musterquark» («Три марки за образцовый творог»), перефразировал его и вставил в роман.