Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 3.6.2.3 Адрони

Хоча лептони можуть мати електричний заряд, а можуть і не мати, спін у них у всіх дорівнює 1/2. Серед лептонів найбільш відомий електрон. Електрон - це перша з відкритих елементарних частинок. Як і всі інші лептони, електрон, очевидно, є елементарним (у власному розумінні цього слова) об'єктом, тобто він не складається з якихось інших частинок.

Інший.добре відомий лептон — нейтрино. Нейтрино є найбільш розповсюдженими частинками у Всесвіті. Всесвіт можна уявити безкрайнім нейтринним морем, у якому зрідка зустрічаються острови у вигляді атомів. Але незважаючи на таку поширеність нейтрино, вивчати їх дуже складно: нейтрино майже невловимі. Не беручи участь ні в сильній, ні в електромагнітній взаємодіях, вони проникають через речовину, начебто її взагалі немає. Нейтрино — це якісь "примари" фізичного світу.

Досить поширеними в природі є мюони, на частку яких припадає значна частина космічного випромінювання. Мюон — одна з перших відомих нестабільних субатомних частинок, відкрита в 1936 р. У всіх відношеннях мюон нагадує електрон: має той же заряд і спін, бере участь у тих же взаємодіях, але має велику масу й нестабільний. Приблизно за дві мільйонні частки секунди мюон розпадається на електрон і два нейтрино. Наприкінці 70-х pp. було виявлено третій заряджений лептон, який одержав назву "тау-лептона". Це дуже важка частинка. її маса близько 3500 мас електрона, але у всьому іншому він поводиться подібно електрону й мюону.

3.6.2.3 Адрони

Якщо лептонів дванадцять, то адронів сотні; і переважна більшість з них — резонанси, тобто вкрай нестабільні частинки. Той факт, що адронів існують сотні, наводить на думку, що адрони — не елементарні частинки, а складаються з більш дрібних частинок. Всі адрони зустрічаються у двох різновидах — електрично заряджені й нейтральні. Найбільш відомі й поширені такі адрони, як нейтрон і протон. Інші адрони мають дуже нетривалий час існування і швидко розпадаються. Це клас баріонів (важкі частинки гіперони й баріонні резонанси) і велике сімейство мезонів (мезонні резонанси). Адрони беруть участь у сильній, слабкій та електромагнітній взаємодіях.

Існування й властивості більшості відомих адронів було встановлено в дослідах на прискорювачах. Відкриття безлічі різноманітних адронів у 50—60-х pp. украй спантеличило фізиків. Але згодом частинки вдалося класифікувати за масою, зарядом і спіном. Поступово стала вибудовуватися більш-менш чітка картина. З'явилися конкретні ідеї про те, як систематизувати хаос емпіричних даних, розкрити таємницю адронів у цілісній науковій теорії. Вирішальний крок було зроблено в 1963 p., коли було створено кваркову модель адронів.

3.6.2.4 Частинки — носії взаємодій

Перелік відомих частинок не вичерпується лептонами й адронами, які є будівельним матеріалом речовини. У цей перелік не включено, наприклад, фотон. Є ще один тип частинок, які не є будівельним матеріалом матерії, а безпосередньо забезпечують чотири фундаментальні взаємодії, тобто утворюють своєрідний "клей", що не дозволяє світу розпадатися на частини.

Носієм електромагнітної взаємодії є фотон. Теорію електромагнітної взаємодії обґрунтовує квантова електродинаміка.

Носії сильної взаємодії — глюони. Глюони — носії взаємодії між кварками, які пов'язують їх попарно або трійками.

Носіями слабкої взаємодії є три частинки — і -бозони. їх було відкрито лише в 1983 р. Радіус слабкої взаємодії надзвичайно малий, тому його носіями повинні бути частинки з великими масами спокою. Відповідно до принципу невизначеності час існування частинок з такою великою масою спокою повинен бути надзвичайно коротким — усього лише близько с.

Висловлюється думка про можливе існування носія гравітаційного поля — гравітон. Подібно до фотонів, гравітони рухаються зі швидкістю світла; отже, це частинки з нульовою масою спокою. Але цим подібність між гравітонами й фотонами вичерпується. У той час як фотон має спін 1, спін гравітона дорівнює 2. Ця важлива відмінність визначає напрямок сили: при електромагнітній взаємодії однойменно заряджені частинки (електрони) відштовхуються, а при гравітаційній — усі частинки притягаються одна до одної. Власне кажучи, гравітони можна зафіксувати за допомогою експерименту. Але оскільки гравітаційна взаємодія дуже слабка й у квантових процесах практично не виявляється, то безпосередньо зафіксувати гравітони дуже складно й поки що цього зробити не вдалося.

Класифікація частинок — їх поділ на лептони, адрони й носії взаємодій — вичерпує світ відомих нам субатомних частинок. Кожен вид частинок відіграє свою роль у формуванні структури матерії, Всесвіту.