Про эту вашу физику (СИ)

Нейтрон не имеет заряда и вне ядра атома живет очень недолго, примерно, минут десять, а потом ломается: разваливается на протон, электрон и нейтрино. При этом ошибочно считать, что нейтрон состоит из этих частей. Он просто на них разваливается! Но, что важно, не нарушая законы сохранения энергии.

Путаницы добавляет факт, что количество протонов в ядре совсем не обязательно равно количеству нейтронов. Вот, например, из-за этого беспорядка у нас имеется несколько видов водорода. А из них получаются разные виды воды: обычная, тяжелая и сверхтяжелая.

Вообще, если хорошенечко разогнать протон и столкнуть его с другим протоном, то столкнувшиеся частицы разобьются на кучу разных частиц, которые живут, как правило, миллионные доли секунды, а то и меньше. Причем виды частиц, на которые развалится протон, зависят от энергии столкновения. А осколки в свою очередь через некоторое время еще на что-нибудь развалятся. Всяких разных частиц на сегодняшний день открыто более 350 штук. Названия у них одно непонятнее другого, например: мезоны, пионы, каоны, позитроны, мюоны, тау-лептоны, а также античастицы с таким же названием, но приставкой «анти» и т. д.

Античастицы имеют ту же массу, что и обычные частицы (и тот же спин — не спрашивайте пока, что это такое), но другие противоположные характеристики, вроде заряда или квантовых чисел).

Собственно, в этих ваших коллайдерах занимаются краш-тестами частиц. Разгоняют протоны и сталкивают, а потом смотрят следы, которые оставили осколки. По этим следам (длина пути, траектория следа, углы отклонения и т. п.) вычисляют массу частиц, их заряд и прочие данные. Хотим напомнить жуткую правду от конспирологов, что на самом деле в коллайдерах делают черную дыру, которая уничтожит Землю и освободит место для планеты Нибиру — наши остроумные комментарии к этому вы прочитаете в специальной главе про ускорители частиц.

Вот так выглядят следы частиц в специальных устройствах для их наблюдения:

Как мы уже сказали выше, тот факт, что протоны и нейтроны разваливаются на кусочки еще на значит, что они из них состоят.

Долго время считалось, что протоны и нейтроны — это цельные частицы. Но в 70-х годах ученые повторили опыт, чем-то похожий на опыт Резерфорда, но вместо атома были протоны, а вместо альфа-частиц были электроны. То есть стреляли электронами по протонам — чего только не придумают затейники, да?

И выяснилось, что рассеивание электронов на протонах и нейтронах немного не такое, как ожидалось. Это и ряд некоторых других трудно объяснимых явлений дало повод ученым заявить, что ядерные частицы состоят из чего-то еще.

Этому «чему-то еще» дали название «кварки». Поясню еще раз: никто этих кварков пока не видел (они, гады, совсем мелкие, с физически ненаблюдаемыми размерами) и никто этих кварков пока не щупал, но косвенные эксперименты, а самое главное, расчеты, показывают, что протоны и нейтроны состоят из кварков. Причем каждая частица состоит сразу из двух-трех кварков, которые взаимосвязаны между собой и соответственно существуют только группами. Кварк не может свободно гулять вне частицы — во всяком случае одинокий кварк в природе еще не встречался. Из кварков состоят и другие частицы материи (кроме лептонов). Всего ученые открыли или, можно сказать, навычисляли, шесть видов кварков, соотнесенные с тремя поколениями. Хитроумных названий этим кваркам придумать не смогли, поэтому кто-то прикололся и назвал кварки вот так:

Справедливости ради, странному кварку дали такую кличку потому, что частица, в которой его обнаружили, не распадалась «слишком долго». И это, видите ли, было странно.

Обратите внимание, что у кварков дробный заряд. Его также пришлось ввести, чтобы объяснить, как из кварков получается положительно заряженная частица протон или нейтральный нейтрон.

Так что, все составные частицы в нашем мире — это комбинации кварков. Можно спросить, но почему физики-теоретики, не видя этих кварков, считают их реальными фундаментальными частицами?

Во-первых, если предположить, что кварки существуют, то все множество частиц хорошо классифицируется и укладывается в так называемую Стандартную модель. А это научненько!

Во-вторых, на основе кварков можно предсказать, какие частицы еще не открыты. И действительно, ожидаемые частицы рано или поздно находятся, причем с ожидаемыми параметрами.

В-третьих, экспериментально удавалось вырвать кварк из протона, но получился, конечно же, не сам кварк, а некий очень интересный эффект, предсказанный теорией кварков и названный адронной струей: из кварков тут же образуются новые частицы и летят в ту же сторону, что и выбитые кварки.