Главные обитатели микромира
В этой статье мы поговорим о самой важной и увлекательной части физической науки, в которой изучаются элементарные частицы. Так называют атомы и частицы еще меньших размеров, из которых построены объекты нашего мира, включая людей, собачек, школьные дневники и созвездие Большой Медведицы. В общем, все видимое и многое из невидимого.
Слово «элементарный» часто понимают как «простейший». Однако это не совсем верно по отношению к «обитателям» микромира. Оно происходит от латинского слова elementaris — «основной, первоначальный, содержащий начала науки». Такое определение гораздо точнее выражает природу и значение этих самых частиц.
Еще лет 80 назад таких основных «кирпичиков» материи ученые насчитывали совсем немного. Она представлялась составленной из химических элементов (Н, Не, N, О, С, Fe и других), а химические элементы — построенными из атомов. Атом, в свою очередь, состоит из тяжелого ядра, окруженного роем легких электронов. Ядро тоже непростое — в его тесном «жилище» уживаются протоны и нейтроны. Причем их бывает так много, что ядро напоминает гроздь винограда: например, ядро урана (U) содержит 92 протона и 146 нейтронов.
Протоны имеют положительный электрический заряд, электроны — отрицательный, а у нейтронов заряд отсутствует. Количество электронов равно числу протонов, и они связаны силой электрического притяжения, поэтому атомы электрически нейтральны и стабильны. Из обычного состояния их может вывести внешнее воздействие, скажем, быстрая частица, на лету врезавшаяся в «мирно дремавший» атом. Тогда атом «просыпается» — переходит в состояние с большей энергией (возбужденное). Поскольку возбуждение долго не сохраняется, атом возвращается в первоначальное состояние, излучая излишек полученной энергии в виде фотона — кванта электромагнитного поля.
Вот эти частицы — протон, нейтрон, электрон и фотон — составляли всю палитру мельчайших элементов материи в упомянутые времена. Хотя существовало еще кое-что. В те же 30-е гг. прошлого столетия была открыта совершенно особая частица — антипод электрона. Сначала ее существование теоретически обосновал английский физик Поль Дирак, а чуть позже частицу обнаружили и экспериментальным путем. Она во всем подобна электрону, но имеет положительный заряд. Ее так и окрестили — позитрон, то есть положительный электрон. Позднее выяснилось, что у каждой элементарной частицы имеется такой вот «брат-близнец». Все эти двойники получили название античастиц.