Как разделить неделимое? Элементарная частица

Довольно долго физики считали атом фундаментальной частицей. Но выдвинутая в 1911 г. Резерфордом гипотеза о планетарном строении атома подтолкнула науку к развитию ядерной физики. И вот неделимый атом уже состоит из ядра и электронов. Сегодня физике известно о десятках элементарных частиц, но посмотрев в школьные или университетские учебники вы узнаете только о четырёх: протоне, нейтроне, электроне и фотоне.

Атом намного сложнее, чем предполагали ранее. Ядро атома, если это не водород, состоит из набора протонов и нейтронов. Однако они отличаются лишь зарядом и небольшим различием массы, что позволило отнести их к одному классу нуклонов. В 1970 г. на ускорителе построенном в Стенфорде установили, что нуклоны это сложные (вот это поворот) составные частицы. Нуклоны состоят из трёх кварков, кварк-антикварка и глюонов. Три кварка - это основа ядра, у каждого кварка свои характеристики заряда, отсюда и следует заряд протона. В протоне один d-кварк (с зарядом -1/3) и два u-кварка (с зарядом +2/3). В сумме заряд протона получается равным единице. Нейтрон имеет два d и один u-кварк (в сумме 0). Фокус в том, что протон с нейтроном могут обмениваются друг с другом характеристиками. Для этого они испускают пи-мезоном (кварк-антикварк). Нейтрон становится протоном, а протон - нейтроном. Магия.

Вы явно слышали про ЦЕРН и Большой адронный коллайдер - один из самых дорогих экспериментов в истории. Главной целью для вкладывания денег в столь масштабную идею - это экспериментально рассмотреть стандартную модель, а в последствии найти её отклонения. Стандартная модель описывает три из четырёх фундаментальных взаимодействия: сильное, слабое и электромагнетизм. Сильное взаимодействие наблюдается в ядрах атомов. Слабое определяет механизм бета-распада. Электромагнетизм определяет взаимодействие заряженных объектов. Завершение стандартной модели связано с открытием бозона Хиггса, ведь без него все частицы не имели бы массы. Без бозона Хиггса не было понятно и отсутствие массы у фотона и глюона, но присутствие её у переносчиков слабого взаимодействия.

Теперь же дело за объединением стандартной модели и гравитации, описанной в общей теории относительности Эйнштейном, введении в физику антиматерии, а в последствии и переходу к "новой физике". БАК с этой задачей не справился, поэтому для этого понадобятся коллайдер побольше.

100 киллометровый ускоритель стоимостью 9 миллиардов евро, ухх. Ротенберг при виде таких цифр уже тёр бы ладошки. Однако задачи, поставленные перед будущим коллайдером, являются приоритетными для всего научного сообщества.

Знание об устройстве вещества это не единственное, что может дать нам изучение элементарных частиц. Все процессы во Вселенной протекают под их диктовку.

Наиболее стабильные частицы, называемые нейтрино, испускаются звёздами в результате термоядерного синтеза. Нейтрино сложно зафиксировать, но информация заложенная в этих частицах может дать представление о термоядерных реакциях на Солнце, что приближает людей к доступной энергии. Реликтовые нейтрино объяснят о ходе эволюции Вселенной и её формировании. Поскольку нейтрино чрезвычайно сложно поймать, то и эксперименты связанные с ним дело также весьма затратное.

Наука не всегда предсказуема, поэтому о результатах будущих исследований можно лишь гадать.

#лонг #наукаконкурс