Элементарная физика: самые мелкие частицы в природе

Вирусы и нейролины — это не самые мелкие существа в природе. Мир состоит из впечатляюще маленьких элементарных частиц.

Элементарная физика: самые мелкие частицы в природе

1. Хиггсовский бозон — частица столь важная, что в научном мире она была названа «частицей Бога»: полагают, что эта частица даёт массу всем другим частицам. Бозон Хиггса — квант, который впервые был теоретизирован в 1964 году, когда учёные задались вопросом, почему некоторые частицы массивнее других. Чтобы открыть эту частицу, построили Большой Адронный Коллайдер. Многие учёные надеются найти недостающую часть головоломки, объясняющую «стандартную модель» физики. Но чёртова частица всё ещё не обнаружена. БХ связан с так называемым полем Хиггса, решётками заполняющими вселенную. Посредством частиц БХ тела «договариваются» с пространством о своём месте в этом пространстве. Именно бозонами Хиггса обмениваются тела, и полагают, что хиггсовский бозон ответственен за массу частицы и за её расположение в пространстве.

2. Кварки — удивительные строительные блоки для протонов и нейтронов. Кварки никогда не бывают одиночками, они всегда существуют только группами. Сила, которая связывает кварки вместе, увеличивается с расстоянием: чем дальше кто-то пытается вырвать одинокий кварк, тем сильнее он сопротивляется. Поэтому свободных кварков нет в природе. Эти фундаментальные частицы имеют шесть («ароматов») вариантов: например, протоны сделаны из трёх «верхних» кварков и одного «нижнего», в то время как нейтроны имеют два нижних и один верхний. Верхние и нижние кварки имеют самые низкие массы и являются наиболее распространёнными, а более тяжёлые кварки быстро распадаются на более лёгкие кварки. Однако более тяжёлые кварки могут возникать при столкновениях с высокой энергией, например в сильных атомных сжимателях. Сильные взаимодействия (обмен глюоном) могут менять цвет кварка, но не меняют его аромат. Слабые взаимодействия, наоборот, не меняют цвет, но меняют аромат. Разлететься могут лишь «бесцветные» комбинации кварков — адроны. Кварки асимптотически свободны при высоких энергиях.

3. Фотонины, селероны, нейтралины. Это всего лишь несколько типов суперсимметричных частиц, особая марка частиц. «Суперсимметричные частицы» были предсказаны теорией суперсимметрии. Теория утверждает, что у каждой частицы, о которой мы знаем, есть спаринг-частица, которую мы ещё не обнаружили. Например, суперпартнёр электрону — селектор, партнёром кварка является скварка, а партнёром фотона является фотоно. Почему мы не наблюдаем этих партнёров во Вселенной сейчас? Учёные считают, что они намного тяжелее, чем их обычные сёстры-частицы, и чем тяжелее частица, тем короче её жизнь. По сути, они начинают разрушаться в момент своего создания. Создание sparticles требует экстремального количества энергии, примерно такого, какой существовал вскоре после Большого взрыва и, возможно, будет создан на больших ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (LHC).
Физики предполагают, что симметрия может быть нарушена в каком-то скрытом секторе вселенной, которого мы не можем видеть или касаться, а можем только ощущать гравитационно.

4. Нейтрино — они представляют собой лёгкие, субатомные частицы, которые свистят на ближней световой скорости. Фактически триллионы нейтрино текут через наше тело в каждый момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей. Некоторые нейтрино приходят от Солнца, в то время как другие исходят из космических лучей, взаимодействующих с земной атмосферой и от астрономических источников, таких как взрывающиеся звёзды на Млечном Пути и других далеких галактиках. Партнёр и анти- Нейтрино называется геонейтрино и, как и другие взаимодействия с антиматерией, когда они встречаются, то уничтожают друг друга.

5. Гравитоны. В области квантовой механики все фундаментальные силы переносятся частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами. Подобным же образом гравитон — это элементарная частица, которая несёт силу тяжести. Учёным ещё предстоит обнаружить гравитоны. Их сложно найти, потому что они слабо взаимодействуют с веществом. Гравитон — гипотетически безмассовая частица — квант гравитационного поля, который всегда движется со скоростью света.

Элементарная физика: самые мелкие частицы в природе

6. Антивещество. Считается, что все нормальные частицы имеют частицы антивещества с одинаковой массой, но противоположными зарядами. Когда встречаются материя и антиматерия, они аннигилируют друг друга. Патентная частица антивещества протона, например, называется антипротоном, а партнёр антивещества электрона называется позитроном.