Элементарные частицы. Как устроена материя

Физическая составляющая нашего существования проявляется в материи. Это осязаемая истина, которая заполняет Вселенную и служит платформой для всех живых и неживых элементов. Несмотря на свои различия, наука и философия едины в признании глубокого влияния материи на микро- и макрокосмос.

Элементарные частицы образуют строительные блоки этого материального мира; они делятся на две категории: те, которые составляют саму материю, и те, которые передают взаимодействия между ними. Первая группа состоит из кварков и лептонов, причем кварки образуют адроны, такие как протоны или нейтроны в атомных ядрах, а лептоны образуют три поколения, содержащие одну заряженную частицу и одну нейтральную (нейтрино).

Последняя группа содержит бозоны, ответственные за осуществление этих взаимодействий; глюоны управляют сильными взаимодействиями между кварками, w- и z-бозоны передают слабые взаимодействия, управляющие распадом частиц или бета-распадом в ядрах, фотоны передают электромагнитные силы, связанные со всеми заряженными лептонами, а гравитоны (если будет доказано их существование) будут квантовыми частицами, ответственными за гравитацию.

Бозон Хиггса играет две различные роли: он является посредником во взаимодействии между кварками и лептонами, а также придает массу кваркам, лептонам, w- и z-бозонам. Нейтрино в изобилии присутствуют во Вселенной, но, как известно, их трудно обнаружить. По этой причине изучение нейтрино крайне важно; они дают нам информацию о событиях, которые их породили — другими словами, они открывают окно в историю создания нашей Вселенной.

Нейтрино

Солнце ответственно за производство большого количества нейтрино на Земле, которые образуются при преобразовании водорода в гелий. Однако в 1930-х годах возникла идея, что из углерода, азота и кислорода может генерироваться другой тип нейтрино — так называемые «cno-нейтрино». Потребовалось почти сто лет, чтобы эта идея была подтверждена, когда детектор борексино в конце концов обнаружил их.

Эти частицы практически не имеют электрического заряда и из всех фундаментальных физических взаимодействий участвуют только в слабых и гравитационных взаимодействиях. Нейтрино бывают трех различных поколений: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Этот порядок не случаен, так как отражает последовательность их открытия. Кроме того, существуют антинейтрино — античастицы, имеющие три соответствующих типа по отношению к своим «нормальным» аналогам.

Нейтрино возникают в результате ядерных реакций (в том числе термоядерных) и невидимы для нас из-за своей неуловимости.

Подробнее о том - что такое нейтрино

Как ученые ищут нейтрино?

Нейтрино нельзя обнаружить непосредственно, но их взаимодействие с материалом детектора может быть зарегистрировано. Поэтому были проведены эксперименты по наблюдению нейтрино космического происхождения, например, исходящих от Солнца. Узнав больше об этих неуловимых частицах, мы сможем найти ответы на вопросы астрономии и физики — от темной материи до расширения Вселенной. Кроме того, исследование испускаемых Землей нейтрино может дать нам представление о том, сколько радиоактивных элементов присутствует в массе нашей планеты и где они в основном расположены. Кроме того, это может помочь определить, сколько внутреннего тепла Земли является радиогенным, а сколько осталось от гравитационной дифференциации во время ее формирования.

Что заинтересовало обычного человека?

Исследования в области физики нейтрино прошли долгий путь: технология уже используется в промышленности, а по всему миру проводятся различные эксперименты, подобные большому адронному коллайдеру. Все они направлены на изучение нейтрино и их свойств, при этом неизвестно, какое из них станет переломным в физике. Недавно ученые из Японии разработали космологическую модель, которая точно отражает роль нейтрино в нашей Вселенной. Было установлено, что области, изобилующие нейтрино, как правило, имеют большие скопления галактик, а также могут уменьшать накопление темной материи и менять температуру в зависимости от своей массы.