Мир вокруг нас

Теория элементарных частиц, как область знаний, зародилась, можно сказать, в 1897 году, когда была открыта первая элементарная частица, электрон («элементарная частица электричества»), о чём уже говорилось ранее. В дальнейшем, лавинообразно нарастало открытие новых элементарных частиц, достигнув современных сотен. Основной источник знаний о частных свойствах (и вытекающих из них, видах) элементарных частиц, существующих в природе — это изучение реакций столкновения заряженных частиц в ускорителе, где из кинетической энергии сталкивающихся частиц — рождаются (или переходят из «виртуального» состояния в реальное) различные виды элементарных частиц, а также проявляются их специфические свойства. Теория элементарных частиц обобщает эти данные, и пытается вскрыть причины наблюдаемых свойств и видов частиц.

Представления об элементарных частицах в целом, в теории элементарных частиц, благодаря привлечению теории поля, квантовой механики, и теории относительности (включая геометродинамику и теории струн) — оказываются лишены наглядности и простоты, как и полагается быть в любой неклассической дисциплине.

Итак, рассмотрим основные имеющиеся достижения теории элементарных частиц:

Виды элементарных частиц

Элементарные частицы — это мельчайшие, известные в современности, частицы (и волны, т. к. частицы обладают корпускулярно-волновым дуализмом). Их не называют частицами материи, т. к. состоят они (как уже говорилось) — чисто из полей, или из совпадающих искривлений пространства-времени, и не имеют т. о. ни плотности, ни поверхностей, ни геометрической формы. Поэтому их называют просто элементарными частицами, а не элементарными частицами материи.

В самых последних представлениях об элементарных частицах, т. е. струнных теориях, как уже отмечалось, элементарные частицы — это открытые или замкнутые (в т. н. петли), вибрирующие квантовые струны в одиннадцатимерном пространстве-времени, из спектра возможных способов вибраций которых — выводятся различные свойства (в т. ч. виды) элементарных частиц.

В природе — широко распространены всего несколько видов элементарных частиц (т. е. стабильных, и не «виртуальных»). Часть из них, как например, электрон, протон и нейтрон — ложатся в основу атомов (а значит, молекул, и макрообъектов), а другие — всегда находятся в свободном состоянии — фотоны и нейтрино.

В современности, известно также несколько сотен видов нестабильных элементарных частиц (все они распадаются за малые доли секунды, и образуются лишь в т. н. экстремальных условиях, например, в ускорителях, где их можно т. о. получать и изучать).

Простые и сложные элементарные частицы

Протон — является сложной (или составной) элементарной частицей, т. к. представляется (и это показано экспериментально), что он состоит из трёх кварков — простых элементарных частиц. Так же устроен и нейтрон. Подавляющее большинство всех известных элементарных частиц — тоже являются сложными, т. е. состоят из различных комбинаций кварков.

Кварки, формирующие структуру сложных элементарных частиц — считаются простыми, или истинно элементарными частицами, но они никогда, ни доли секунды — не существуют в свободном состоянии, а могут находиться лишь в составе тех или иных, сложных элементарных частиц (протонов, мезонов, гиперонов, резонансов и т. д.).

Свойства различных видов элементарных частиц, мы будем далее рассматривать уже в рамках постнеклассических представлений, где оказывается возможным сразу же объяснять их.

Но об этом — чуть позже, пока же продолжаем речь о (неклассической) теории элементарных частиц:

Элементарность элементарных частиц

До сих пор, ни одну элементарную частицу (ни простую, ни сложную), никакими силами и методами — не удалось раздробить на более мелкие, более фундаментальные частицы.

Реакции распада нестабильных частиц — это вовсе не раздробление, а всего лишь примеры взаимопревращений элементарных частиц.

Сложные элементарные частицы (протоны, мезоны и т. п., состоящие из кварков) нельзя раздробить уже потому, что напряжённость глюонного поля, скрепляющего кварки — растёт с увеличением расстояний между кварками (это — единственное достаточно непротиворечивое объяснение, на неклассическом этапе, нераздробимости сложных элементарных частиц). Поэтому последние, хоть и состоят из кварков, всё равно являются элементарными (неделимыми) частицами, хотя их также интерпретируют как составные частицы, а истинно элементарными частицами — как уже говорилось, считают кварки, хотя последние и не существуют в свободном состоянии.

Нераздробимость — свойственна, естественно, и всем простым элементарным частицам: электронам, нейтрино, мюонам, кваркам и т. п.