В конце XIX века неделимость атома оказалась полностью несостоятельной, а планетарная модель атома убеждала всех в его сложном строении. Но все сведения о строении атома не могут считаться исчерпывающими до тех пор, пока не будут решены проблемы микромира. Физика элементарных частиц или физика высоких энергий –одна из грандиозных проблем современной науки.
Проблемы начались с открытия Джозефом Джоном Томсоном (1856-1940г.г.) электрона и создания электронно-лучевой трубки–прообраза современного кинескопа- 26 ноября 1897г.
1900 г.- открыт квант электромагнитного излучения или фотон, 1919 г.- открыт протон, 1932 г.- открыты нейтрон, позитрон-антиэлектрон, нейтрино, 1955 г.- антипротон, 1956 г.- антинейтрон, 1960-тые г.- резонансы, странные частицы, очарованные частицы, 1983г. — бозоны. И все элементарны?!
Истинно элементарной называется микрочастица, которая не может быть разделена на более мелкие части на данном уровне развития науки и измерительной техники. Все перечисленные частицы являются сегодня элементарными.
Имеют ли структуру элементарные частицы ? Здесь два соображения, достаточно противоречивых: 1) Если элементарная частица бесструктурна, то её можно представить как материальную точку, обладающую массой, зарядом, потенциалом и т.д. Тогда возникают бесконечности- при приближении к заряду потенциал возрастает,
тогда поле в этой точке обладает бесконечной энергией. Этот результат приводит в теории к введению каких-то неточечных взаимодействий, так как в действительности бесконечных энергий не существует. Значит, частица неточечна, она имеет структуру.
2) Если частица имеет структуру, то при воздействии на неё она должна деформироваться. Но деформации ни в каких опытах не проявляются, частица не деформируется. Тогда это означает мгновенную передачу воздействия от одной её части к другой. А скорость взаимодействий не может быть в нашем мире больше скорости 3*10 8 м/с. В то же время классическая электродинамика рассматривает электрон как частицу, имеющую радиус.
Учение об элементарных частицах не находится в завершённом состоянии.
Элементарные частицы принято делить на три группы :
1) Фотоны — группа состоит из одной частицы – фотона – кванта электромагнитного излучения. Символ 
, масса покоя равна нулю, заряд равен нулю, спин 1, частица стабильна.
2) Лептоны ( греч. leptos – лёгкий) – электрон е, мюоны 
, нейтрино 
, таон
. Заряд частиц отрицательный или нулевой, массы покоя m e = 9,1*10 –31кг, m m =206.8 m e, m n = 0, m t =3487 m e. Спин ½. Стабильны электрон и нейтрино.
3) Адроны (греч.adros – крупный, сильный) — барионы ( протон, нейтрон), гипероны Λ,Σ,Ξ,Ω. Частицы заряжены и нейтральны. Массы покоя от 1836 до 3273 m e . Спин ½.. Стабилен только протон. В группу адронов входят также мезоны (пи- мезоны, К- мезоны, эта-мезоны). Масса покоя от 264 до 1074 m e . Спин нулевой. Все частицы нестабильны.
Изучение элементарных частиц привело физиков к заключению о четырёх типах фундаментальных взаимодействий в природе.
1) Сильное, или ядерное, взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в ядре атомов и взаимодействия других адронов. Оно сильнее всех других видов взаимодействий. Радиус действия очень мал – не более 10 –13 см. Этим взаимодей
ствием обеспечена стабильность вещества в природе. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны.
2) Электромагнитное взаимодействие связано с электромагнитным полем, с наличием заряда у частиц или материальных тел. Оно слабее ядерного в 137 раз. Радиус действия не ограничен практически. Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны.
3) Слабое взаимодействие проявляется в реакциях распада частиц с появлением нейтрино или антинейтрино. Это очень медленное из всех взаимодействий, протекающих в микромире. Оно слабее ядерного в 10 14 раз. Радиус действия не более 10 –17 см. Переносчиками слабого взаимодействия являются W – векторные бозоны.
4) Гравитационное взаимодействие присуще всем телам, имеющим массу. В микромире из-за малости масс элементарных частиц оно пренебрежимо мало. Оно слабее ядерного в 10 39 раз. Переносчиком гравитации предполагается гипотетическая частица гравитон (гравитино), диаметр которой предположительно равен расстоянию от Праги до Владивостока!
Мировые константы, найденные в физике, очевидно, не случайны, имеют глубокий смысл. Они имеют антропологический характер – связаны с человеком, наблюдающим мир из одной точки – с поверхности Земли. Гравитационная постоянная, или константа всемирного тяготения, определяет размеры звёзд, температуру и давление в них, влияющие на ход реакций. Если она будет меньше, звёзды станут недостаточно горячими для протекания в них ядерных реакций; если чуть больше, звёзды превзойдут «критическую массу» и обратятся в чёрные дыры и не будут участвовать в круговороте материи. Постоянная электромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию электронных оболочек и прочность химических связей; её изменение делает Вселенную мёртвой. Константа сильного взаимодействия определяет ядерный заряд в звёздах. Если её изменить, то цепочки ядерных реакций не дойдут до углерода и азота.
Учёные продолжают искать новые, более фундаментальные, частицы, из которых должны состоять все известные в настоящее время частицы. В 1964г. австрийский физик Джордж Цвейг ( р. 1937 г.) и независимо от него американский физик Мюррей Гелл-Манн (р. 1929г.) предложили модель адронов, которая получила название «кварковой». Каждый адрон можно составить из комбинации трёх частиц — кварков. Особенность кварка состоит в том, что кварки имеют заряд, равный 1/3 от элементарного электрического заряда. Спин кварка полуцелый – ½. ( Физики шутят : название «кварк» заимствовано из романа ирландского писателя Дж. Джойса «Поминки по Финнегану», в котором герой видит сон и слышит, как чайки кричат: «Три кварка для мастера Марка». Немецкое слово der Quaur oзначает творог, чепуха). Учёные постулировали три частицы –u – кварк с зарядом +2/3е, d-кварк с зарядом –1/3e, s-кварк с зарядом -1/3е. Протон составлен из uud –комбинации, нейтрон из udd и т.д. Каждый кварк обладает особой квантовой характеристикой – цветом — жёлтым, синим, красным. В 1974г. был введён ещё один с-кварк – с новой сохраняющейся величиной – «очарованием» (англ. charm – шарм). В 1977г. появился в-кварк, обладающий «прелестью» ( англ. beauty). И предполагается, что существует ещё шестой кварк – t , который назвали «истинным» (англ. truth – истина). Каждый кварк имеет свой антикварк. Является ли схема из шести кварков окончательной, покажут дальнейшие исследования. Но среди философов существует спорная гипотеза — « теория удержания кварков» природой. Природа не позволяет человеку вклиниться в глубины мира. Почему?
А пока истинно элементарными частицами считаются:
1) Кварки и лептоны – частицы вещества, спин полуцелый – ½ от постоянной Планка h
2) Фотоны, векторные бозоны, глюоны – кванты полей, спин целый -1 h.
3) Частица Хиггса, или Н-мезоны и гравитино в виде теоретической модели, спин це
лый – 2 h.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1) В чём состоят трудности проблемы элементарности вещества?
2) Какая частица называется истинно элементарной?
3) Каковы классы элементарных частиц?
4) Какие частицы имеют электрический заряд?
5) Какие частицы нейтральны?
6) Какие частицы в нашем мире стабильны?
7) В чём смысл гипотезы о кварках?