nominālā daļiņa. Vārda b-daļiņa nozīme medicīnas terminos A b daļiņa

Viņi ir mēģinājuši atrast Higsa bozonu gadu desmitiem, taču līdz šim bez panākumiem. Tikmēr bez tā galvenie noteikumi mūsdienu teorija mikrokosmosi karājas gaisā.

Daļiņu izpēte sākās ne tik sen. 1897. gadā Džozefs Džons Tomsons atklāja elektronu, un 20 gadus vēlāk Ernests Raterfords pierādīja, ka ūdeņraža kodoli ir daļa no citu elementu kodoliem, un vēlāk tos sauca par protoniem. Pagājušā gadsimta 30. gados tika atklāts neitrons, mions un pozitrons, un tika prognozēta neitrīno eksistence. Tajā pašā laikā Hideki Jukava izveidoja teoriju par kodolspēkiem, ko nes hipotētiskas daļiņas, kas ir simtiem reižu smagākas par elektronu, bet daudz vieglākas par protonu (mezoniem). 1947. gadā uz fotoplatēm, kas pakļautas kosmiskajiem stariem, tika atrastas pi mezona (pionu) sabrukšanas pēdas. Vēlāk tika atklāti citi mezoni, un daži no tiem ir smagāki ne tikai par protonu, bet arī par hēlija kodolu. Fiziķi ir atklājuši arī daudzus barionus, smagus un tāpēc nestabilus protona un neitronu radiniekus. Kādreiz visas šīs daļiņas sauca par elementārām, taču šāda terminoloģija jau sen ir novecojusi. Tagad par elementārām tiek uzskatītas tikai nesaliktas daļiņas - fermioni (ar pusspinu - leptoni un kvarki) un bozoni (ar veselu spinu - fundamentālo mijiedarbību nesēji).

Standarta modeļa elementārdaļiņas

Fermionu grupa (ar pusvesela skaitļa spinu) sastāv no tā saukto trīs paaudžu leptoniem un kvarkiem. Uzlādētie leptoni ir elektrons un tā masīvie līdzinieki - mions un tau daļiņas (un to antidaļiņas). Katram leptonam ir neitrāls partneris vienā no trim neitrīno šķirnēm (arī ar antidaļiņām). Bozonu saime, kuras spins ir 1, ir daļiņas, kas veic mijiedarbību starp kvarkiem un leptoniem. Dažiem no tiem nav masas un elektriskā lādiņa - tie ir gluoni, kas nodrošina starpkvarku saites mezonos un barionos, un fotoni, elektromagnētiskā lauka kvanti. Vāju mijiedarbību, kas izpaužas beta sabrukšanas procesos, nodrošina masīvu daļiņu trio - divas lādētas un viena neitrāla.

Elementāro un salikto daļiņu atsevišķie nosaukumi parasti netiek saistīti ar konkrētu zinātnieku vārdiem. Taču pirms gandrīz 40 gadiem tika prognozēta vēl viena elementārdaļiņa, kas tika nosaukta dzīva cilvēka, skotu fiziķa Pītera Higsa vārdā. Tāpat kā fundamentālo mijiedarbību nesējiem, tam ir vesels skaitļa spins un tas pieder bozonu klasei. Tomēr tā spins nav 1, bet 0, un šajā ziņā tam nav analogu. Gadu desmitiem viņi to meklējuši lielākajos akseleratoros - amerikāņu Tevatron, kas tika slēgts pagājušajā gadā, un Lielajā hadronu paātrinātājā, kas šobrīd darbojas, pasaules mediju redzeslokā. Galu galā Higsa bozons ir ļoti nepieciešams mūsdienu mikropasaules teorijai - elementārdaļiņu standarta modelim. Ja to nevarēs atrast, šīs teorijas galvenie noteikumi paliks gaisā.

Mērinstrumentu simetrijas

Ceļa uz Higsa bozonu sākumu var skaitīt pēc īsa raksta, ko 1954. gadā publicēja ķīniešu fiziķis Jangs Dženings, kurš pārcēlās uz dzīvi ASV, un viņa kolēģis Brūkhavenas Nacionālajā laboratorijā Roberts Mills. Tajos gados eksperimentētāji atklāja arvien jaunas daļiņas, kuru pārpilnību nekādi nevarēja izskaidrot. Meklējot daudzsološas idejas, Jans un Mills nolēma pārbaudīt ļoti interesantas simetrijas iespējas, kas ir pakļauta kvantu elektrodinamikai. Līdz tam laikam šī teorija bija pierādījusi savu spēju dot izcilus rezultātus saskaņā ar pieredzi. Tiesa, dažu aprēķinu gaitā tur parādās bezgalības, taču no tām var atbrīvoties, izmantojot matemātisku procedūru, ko sauc par renormalizāciju.

Simetriju, kas ieinteresēja Jangu un Millsu, 1918. gadā fizikā ieviesa vācu matemātiķis Hermans Veils. Viņš to sauca par mērinstrumentu, un šis nosaukums ir saglabājies līdz mūsdienām. Kvantu elektrodinamikā mērinstrumentu simetrija izpaužas faktā, ka brīvā elektrona, kas ir vektors ar reālu un iedomātu daļu, viļņa funkciju var nepārtraukti pagriezt katrā telpas laika punktā (tāpēc simetriju sauc par lokālo ). Šī darbība (formālajā valodā - viļņu funkcijas fāzes maiņa) noved pie tā, ka elektrona kustības vienādojumā parādās piedevas, kuras ir jākompensē, lai tas paliktu spēkā. Lai to izdarītu, tur tiek ieviests papildu termins, kas raksturo elektromagnētisko lauku, kas mijiedarbojas ar elektronu. Šī lauka kvants ir fotons, bezmasas daļiņa ar vienību spin. Tādējādi fotonu esamība (kā arī elektronu lādiņa noturība) izriet no brīvo elektronu vienādojuma lokālās simetrijas. Mēs varam teikt, ka šī simetrija nosaka, ka elektrons mijiedarbojas ar elektromagnētisko lauku. Jebkura fāzes nobīde kļūst par šādas mijiedarbības darbību, piemēram, fotona emisiju vai absorbciju.

Saikne starp mērinstrumentu simetriju un elektromagnētismu tika atklāta jau 20. gadsimta 20. gados, taču tā neizraisīja lielu interesi. Yang un Mills bija pirmie, kas izmantoja šo simetriju, lai izveidotu vienādojumus, kas apraksta daļiņas, kas atšķiras no elektrona. Viņi paņēma divus "vecākos" barionus - protonu un neitronu. Lai gan šīs daļiņas nav identiskas, attiecībā pret kodolspēkiem tās uzvedas gandrīz identiski un tām ir gandrīz vienāda masa. 1932. gadā Verners Heizenbergs parādīja, ka protonu un neitronu formāli var uzskatīt par vienas un tās pašas daļiņas dažādiem stāvokļiem. Lai tos aprakstītu, viņš ieviesa jaunu kvantu skaitli – izotopu spinu. Tā kā spēcīgais spēks neatšķir protonus un neitronus, tas saglabā kopējo izotopu spinu, tāpat kā elektromagnētiskais spēks saglabā elektrisko lādiņu.

Jans un Mills domāja, kuras vietējās gabarīta transformācijas saglabā izospina simetriju. Bija skaidrs, ka tās nevar sakrist ar kvantu elektrodinamikas mērierīcēm, kaut vai tāpēc, ka mēs jau runājam par divām daļiņām. Jangs un Mills analizēja šādu transformāciju kopumu un atklāja, ka tie rada laukus, kuru kvanti, domājams, veic mijiedarbību starp protoniem un neitroniem. Šajā gadījumā bija trīs kvanti: divi uzlādēti (pozitīvi un negatīvi) un viens neitrāls. Viņiem bija nulles masa un vienības spins (tas ir, tie bija vektorbozoni), un tie pārvietojās ar gaismas ātrumu.

B-lauku teorija, kā tos nodēvēja līdzautori, bija ļoti skaista, taču neizturēja pieredzes pārbaudi. Neitrālo B-bozonu varēja identificēt ar fotonu, bet tā uzlādētie kolēģi tika izlaisti. Saskaņā ar kvantu mehāniku, tikai pietiekami masīvas virtuālās daļiņas var būt starpnieki maza attāluma spēku pārnesē. Kodolspēku rādiuss nepārsniedz 10–13 cm, un bezmasas Yang un Mills bozoni acīmredzami nevarēja pretendēt uz to nesējiem. Turklāt eksperimentētāji nekad nav atklājuši šādas daļiņas, lai gan principā uzlādētus bezmasas bozonus ir viegli atklāt. Jans un Mills pierādīja, ka vietējās gabarīta simetrijas "uz papīra" var radīt neelektromagnētiska rakstura spēka laukus, taču šo lauku fiziskā realitāte bija tikai pieņēmums.

Electroweak dualitāte

Nākamais solis ceļā uz Higsa bozonu tika sperts 1957. gadā. Līdz tam laikam teorētiķi (tas pats Jans un Li Zundao) pieņēma un eksperimentētāji pierādīja, ka beta sabrukšanas gadījumā paritāte netiek saglabāta (citiem vārdiem sakot, tiek pārkāpta spoguļa simetrija). Šis negaidītais rezultāts ieinteresēja daudzus fiziķus, starp kuriem bija viens no kvantu elektrodinamikas pamatlicējiem Džulians Švingers. Viņš izvirzīja hipotēzi, ka vāju mijiedarbību starp leptoniem (zinātne vēl nebija sasniegusi kvarkus!) nes trīs vektorbozoni - fotons un B-bozoniem līdzīgu lādētu daļiņu pāris. No tā izriet, ka šīs mijiedarbības notiek partnerībā ar elektromagnētiskajiem spēkiem. Švingers vairs nerisināja šo problēmu, bet ieteica to savam absolventam Sheldon Glashow.

Darbs ilga četrus gadus. Pēc rindas neveiksmīgi mēģinājumi Glashow izveidoja vājās un elektromagnētiskās mijiedarbības modeli, pamatojoties uz elektromagnētiskā lauka un Yang un Mills lauku mērierīču simetriju apvienošanu. Papildus fotonam tajā bija vēl trīs vektorbozoni - divi lādēti un viens neitrāls. Tomēr šīm daļiņām atkal bija nulle masa, kas radīja problēmu. Vājas mijiedarbības rādiuss ir par divām kārtām mazāks nekā spēcīgas mijiedarbības rādiuss, un vēl jo vairāk tam ir nepieciešami ļoti masīvi mediatori. Turklāt neitrāla nesēja klātbūtne prasīja beta pāreju iespējamību, kas nemaina elektrisko lādiņu, un tajā laikā šādas pārejas nebija zināmas. Šī iemesla dēļ pēc sava modeļa publicēšanas 1961. gada beigās Glāšovs zaudēja interesi par vājo un elektromagnētisko spēku apvienošanu un pārgāja uz citām tēmām.

Švingera hipotēze ieinteresēja arī Pakistānas teorētiķi Abdusu Salamu, kurš kopā ar Džonu Vordu uzbūvēja Glāšovam līdzīgu modeli. Viņš arī saskārās ar gabarītu bozonu bezmasu un pat izdomāja veidu, kā to novērst. Salams zināja, ka to masas nevar ievadīt "ar roku", jo teorija kļuva nenormējama, taču viņš cerēja apiet šo grūtību, spontāni pārtraucot simetriju, lai bozonu kustības vienādojumu risinājumi nebūtu piemēroti. simetrija, kas raksturīga pašiem vienādojumiem. Ar šo uzdevumu viņš ieinteresēja amerikāni Stīvenu Veinbergu.

Bet 1961. gadā angļu fiziķis Džefrijs Goldstouns parādīja, ka relativistiskajā kvantu teorijasŠķiet, ka lauka spontānas simetrijas pārrāvums neizbēgami rada bezmasas daļiņas. Salams un Veinbergs mēģināja atspēkot Goldstona teorēmu, bet tikai nostiprināja to savos darbos. Mīkla izskatījās neatrisināma, un viņi pievērsās citām fizikas jomām.

Higss un citi

Palīdzību sniedza kondensētās vielas fizikas speciālisti. 1961. gadā Yoichiro Nambu atzīmēja, ka normālam metālam nonākot supravadītāja stāvoklī, agrākā simetrija tiek spontāni salauzta, bet neparādās bezmasas daļiņas. Divus gadus vēlāk Filips Andersons, izmantojot to pašu piemēru, atzīmēja, ka, ja elektromagnētiskais lauks nepakļaujas Goldstona teorēmai, tad to pašu var sagaidīt arī no citiem gabarīta laukiem ar lokālu simetriju. Viņš pat prognozēja, ka Goldstounas bozoni un Janga un Milsa lauka bozoni varētu kaut kā atslēgt viens otru, atstājot aiz sevis masīvas daļiņas.

Šis pareģojums izrādījās pravietisks. 1964. gadā to attaisnoja Fransuā Englerts un Rodžers Broats, Briseles Brīvās universitātes fiziķi Pīters Higss un Džerijs Guralniks, Roberts Heigens un Tomass Kibls no Londonas Imperiālās koledžas. Viņi ne tikai parādīja, ka Goldstona teorēmas pielietojamības nosacījumi nav izpildīti Janga-Millsa laukos, bet arī atrada veidu, kā nodrošināt šo lauku ierosmes ar masu, kas nav nulle, ko tagad sauc par Higsa mehānismu.

Šie brīnišķīgie darbi tika pamanīti un novērtēti nekādā gadījumā ne uzreiz. Tikai 1967. gadā Veinbergs izveidoja vienotu elektrovājās mijiedarbības modeli, kurā vektorbozonu trijotne iegūst masu, pamatojoties uz Higsa mehānismu, un Salams to izdarīja gadu vēlāk. 1971. gadā holandieši Martinuss Veltmans un Džerards Hūfs pierādīja, ka šī teorija ir piemērota renormalizācijai un tāpēc tai ir skaidra fiziska nozīme. Viņa stingri nostājās uz kājām pēc 1973. gada, atrodoties burbuļu kamerā. Gargamelle(CERN, Šveice) eksperimentētāji reģistrēja tā sauktās vājās neitrālās strāvas, kas liecina par neuzlādēta starpbozona esamību (tieša visu trīs vektorbozonu reģistrācija CERN tika veikta tikai 1982.–1983. gadā). Glāšovs, Veinbergs un Salams to ieguva viņas vietā Nobela prēmijas 1979. gadā Veltmans un "t Hūfs - 1999. gadā. Šī teorija (un līdz ar to arī Higsa bozons) jau sen ir bijusi elementārdaļiņu standarta modeļa neatņemama sastāvdaļa.

Higsa mehānisms

Higsa mehānisma pamatā ir skalārie lauki ar bezgriežu kvantiem – Higsa bozoniem. Tiek uzskatīts, ka tie radās mirkļus pēc Lielā sprādziena un tagad aizpilda visu Visumu. Šādiem laukiem ir viszemākā enerģija, ja vērtība nav nulle - tas ir to stabilais stāvoklis.

Bieži tiek rakstīts, ka elementārdaļiņas iegūst masu Higsa lauka bremzēšanas rezultātā, taču tā ir pārāk mehāniska analoģija. Elektrovāja teorija ietver četrus Higsa laukus (katram ar saviem kvantiem) un četrus vektorbozonus - divus neitrālus un divus lādētus, kuriem pašiem nav masas. Trīs bozoni, gan lādēti, gan viens neitrāls, katrs absorbē vienu Higsu un rezultātā iegūst masu un spēju nest maza darbības rādiusa spēkus (tos apzīmē ar simboliem W + , W - un Z 0). Pēdējais bozons neko neuzsūc un paliek bezmasas – tas ir fotons. "Apēstie" Higgi nav novērojami (fiziķi tos sauc par "gariem"), savukārt viņu ceturtais brālēns ir jānovēro ar enerģiju, kas ir pietiekama tā dzimšanai. Kopumā tieši šos procesus Andersonam izdevās paredzēt.

nenotverama daļiņa

Pirmie nopietnie mēģinājumi noķert Higsa bozonu tika veikti 20. un 21. gadsimta mijā Lielajā elektronu-pozitronu paātrinātājā ( Lielais elektronu-pozitronu paātrinātājs, LEP) CERN. Šie eksperimenti patiesi bija ievērojama objekta gulbja dziesma, uz kuras ar nepieredzētu precizitāti tika noteiktas smago vektorbozonu masas un kalpošanas laiks.

Standarta modelis ļauj prognozēt Higsa bozona rašanās un sabrukšanas kanālus, taču tas neļauj aprēķināt tā masu (kas, starp citu, izriet no tā pašspēka spējas). Saskaņā ar vispārīgākajiem aprēķiniem, tas nedrīkst būt mazāks par 8–10 GeV un lielāks par 1000 GeV. Līdz LEP sesiju sākumam lielākā daļa fiziķu uzskatīja, ka visticamākais diapazons ir 100–250 GeV. LEP eksperimenti paaugstināja apakšējo slieksni līdz 114,4 GeV. Daudzi eksperti uzskatīja un uzskata, ka, ja šis paātrinātājs būtu strādājis ilgāk un sadursmes staru enerģiju palielinājis par desmit procentiem (kas tehniski bija iespējams), Higsa bozons varētu būt reģistrēts. Tomēr CERN vadība nevēlējās aizkavēt Lielā hadronu paātrinātāja palaišanu, ko bija paredzēts uzbūvēt tajā pašā tunelī, un 2000. gada beigās LEP tika slēgts.

Bosona pildspalva

Daudzi eksperimenti viens pēc otra izslēdza iespējamos Higsa bozona masas diapazonus. Apakšējais slieksnis tika noteikts pie LEP akseleratora - 114,4 GeV. Tevatronā masas, kas pārsniedz 150 GeV, tika izslēgtas. Vēlāk masu diapazoni tika precizēti līdz 115–135 GeV, un augšējā robeža tika pārvietota uz 130 GeV CERN lielajā hadronu paātrinātājā. Tātad standarta modeļa Higsa bozons, ja tāds pastāv, ir ierobežots diezgan šaurās masas robežās.

Nākamie meklēšanas cikli tika veikti Tevatron (uz CDF un DZero detektoriem) un LHC. Kā PM pastāstīja Dmitrijs Deņisovs, viens no DZero sadarbības līderiem, Tevatron sāka vākt statistiku par Higsu 2007. gadā: “Lai gan enerģijas bija pietiekami, bija daudz grūtību. Elektronu un pozitronu sadursme ir "tīrākais" veids, kā notvert Higsus, jo šīm daļiņām nav iekšējās struktūras. Piemēram, lielas enerģijas elektronu-pozitronu pāra anihilācijas laikā dzimst Z 0 -bozons, kas izstaro Higsu bez jebkāda fona (tomēr šajā gadījumā ir iespējamas vēl netīrākas reakcijas). No otras puses, mēs saskārāmies ar protoniem un antiprotoniem, irdenām daļiņām, kas sastāv no kvarkiem un gluoniem. Tā ka galvenais uzdevums- izcelt Higsa dzimšanu uz daudzu līdzīgu reakciju fona. Līdzīga problēma pastāv LHC komandām.

Neredzētu zvēru pēdas

Higsa bozonam ir četri galvenie veidi (kā saka fiziķi, kanāli).

Galvenais kanāls ir gluonu (gg) saplūšana protonu un antiprotonu sadursmē, kas mijiedarbojas caur smago augšējo kvarku cilpām.
Otrais kanāls ir kvarku emitēto un absorbēto virtuālo vektoru bozonu WW vai ZZ(WZ) saplūšana.
Trešais kanāls Higsa bozona ražošanai ir tā sauktā asociatīvā ražošana (kopā ar W vai Z bozonu). Šo procesu dažreiz sauc Higgsstrahlung(līdzīgi vācu terminam bremsstrahlung- bremsstrahlung).
Un visbeidzot, ceturtais ir top kvarka un antikvarka saplūšana (asociatīvā ražošana kopā ar top kvarkiem, tt) no diviem top kvarka-antikvarka pāriem, ko ģenerē gluoni.

"2011. gada decembrī no LHC nāca jauni ziņojumi," turpina Dmitrijs Deņisovs. - Viņi meklēja Higsa sabrukumus vai nu tālāk tops-kvarks un tā antikvarks, kas iznīcina un pārvēršas par gamma kvantu pāri vai par diviem Z 0 -bozoniem, no kuriem katrs sadalās elektronā un pozitronā vai mionā un antimuonā. Iegūtie dati liecina, ka Higsa bozons velk aptuveni 124–126 GeV, taču ar to nepietiek galīgo secinājumu izdarīšanai. Tagad gan mūsu sadarbība, gan fiziķi CERN turpina analizēt eksperimentu rezultātus. Iespējams, mēs un viņi drīz nonāksim pie jauniem secinājumiem, kas tiks prezentēti 4. martā starptautiskā konferencē Itālijas Alpos, un man ir tāda nojauta, ka jums tur nebūs garlaicīgi.

Higsa bozons un pasaules gals

Tātad šogad varam sagaidīt vai nu Standarta modeļa Higsa bozona atklāšanu, vai, tā teikt, tā atcelšanu. Protams, otrais variants radīs nepieciešamību pēc jauniem fiziskiem modeļiem, bet tas pats var notikt arī pirmajā gadījumā! Katrā ziņā tā domā viens no autoritatīvākajiem šīs jomas ekspertiem Džons Eliss, Londonas King's College profesors. Pēc viņa domām, "viegla" (ne masīvāka par 130 GeV) Higsa bozona atklāšana radīs nepatīkamu problēmu kosmoloģijai. Tas nozīmēs, ka mūsu Visums ir nestabils un kādreiz (varbūt pat jebkurā brīdī) pāries jaunā stāvoklī ar mazāku enerģiju. Tad notiks pasaules gals – pašā pilna nozīmeŠis vārds. Atliek cerēt, ka vai nu Higsa bozons netiks atrasts, vai Eliss maldās, vai arī Visums pašnāvību nedaudz aizkavēs.

Barioni (no grieķu "baris" — smagie) ir smagas elementārdaļiņas, spēcīgi mijiedarbojoši fermioni, kas sastāv no trim kvarkiem. Visstabilākie barioni ir protoni un neitroni. Galvenie barioni ir: protons (uud), antiprotons, neitrons (ddu), antineutrons, lambda hiperjons, sigma hiperjons, xi hiperjons, omega hiperjons.

DZero starptautiskās sadarbības darbinieki Fermi National Accelerator Laboratory, kas ir daļa no ASV pētniecības centru sistēmas, atklājuši jaunu elementārdaļiņu – barionu. Daļiņa, kas nodēvēta par "xi-bi-mīnus barionu" (Ξ-b), ir unikāla savā veidā. Tas nav tikai vēl viens barions, kas satur b-kvarku, bet gan pirmā daļiņa, kas satur trīs kvarkus no trīs dažādām ģimenēm - d-kvarku, s-kvarku un b-kvarku.

Viņai ir arī cits vārds - "kaskāde-bi". Barionam ir negatīvs lādiņš, un tas ir apmēram sešas reizes masīvāks par protonu (daļiņu masa 5,774 ± 0,019 GeV).

Lai reģistrētu jaunu daļiņu, zinātniekiem bija jāanalizē pēdas piecu akseleratora darbības gadu laikā. Rezultātā tika konstatēti 19 notikumi, kas liecināja par jauna bariona veidošanos.

Iepriekš zinātnieki jau ir ieguvuši barionu, kas sastāv no trim dažādiem kvarkiem - lambda-bi barionu, kas sastāv no u-, d- un b-kvarka, taču tajā ir tikai divas kvarku paaudzes (skat. ielikumu).

Tādējādi pirmo reizi augstas enerģijas fizikas vēsturē ir atklāts barions, kas sastāv no trīs paaudžu vai ģimeņu kvarkiem. Bi-kaskāde sastāv no viena d-kvarka ("dūnu" kvarks, kas pieder pirmajai saimei), viena s-kvarka ("dīvainais" kvarks, otrā saime) un viena b-kvarka ("šarmu" kvarks, trešā ģimene). Tāpēc jaunā Ξ-b daļiņa ir patiesi unikāla.

Interesanti, ka, lai gan sadarbība ir balstīta uz Fermilab, kam ir jaudīgs Tevatron paātrinātājs, pašreizējais atklājums tika veikts Eiropā - lielajā elektronu-pozitronu paātrinātājā CERN (LEP)

Tādējādi zinātnieki turpina meklējumus barionu piramīdas “otrajā stāvā”, atklājot barionus, kas satur vienu “skaistu” vai “apakšējo” kvarku (b).

Pirmo reizi tādas daļiņas saņemts arī komanda no Fermilab. Pagājušajā gadā CDF International Collaboration, veicot eksperimentus Enerģētikas departamenta Fermi nacionālajā paātrinātāju laboratorijā, paziņoja par divu jaunu elementārdaļiņu atklāšanu, kas pieder pie barionu klases.Daļiņas sauca par Σ + b un Σ-b.

Eksperimentos fiziķi saskārās ar protoniem ar antiprotoniem, paātrinot tos pie Tevatron, kas ir šī brīža visspēcīgākais paātrinātājs.

Ar šo paātrinātāju tiek veikti eksperimenti, kad protonu stars ar enerģiju 1 TeV saduras ar tādas pašas enerģijas antiprotonu sadursmes staru kūli. Sadursmē ar šādu enerģiju parādījās b-kvarks, kas pēc tam, mijiedarbojoties ar protonu un antiprotonu kvarkiem, izveidoja divas jaunas daļiņas.

Eksperimentā tika reģistrēti 103 notikumi, kas saistīti ar pozitīvi lādēta piedzimšanu u-u-b daļiņas(Σ+b) un 134 negatīvi lādētu dzimušo d-d-b daļiņas(Σ-b). Lai atklātu tik daudz notikumu, zinātniekiem bija jāanalizē pēdas no 100 triljoniem sadursmēm piecu Tevatron darbības gadu laikā.

No aptuveni 1000 sekundēm (brīvam neitronam) līdz niecīgai sekundes daļai (no 10 –24 līdz 10 –22 s rezonansei).

Elementārdaļiņu uzbūvi un uzvedību pēta elementārdaļiņu fizika.

Visas elementārdaļiņas pakļaujas identitātes principam (visas viena tipa elementārdaļiņas Visumā ir pilnīgi identiskas visās savās īpašībās) un korpuskulāro viļņu duālisma principam (katra elementārdaļiņa atbilst de Broglie vilnim).

Visām elementārdaļiņām ir savstarpējas pārveidošanas īpašība, kas ir to mijiedarbības sekas: spēcīgas, elektromagnētiskas, vājas, gravitācijas. Daļiņu mijiedarbība izraisa daļiņu un to agregātu pārvēršanos citās daļiņās un to agregātos, ja šādas pārvērtības neaizliedz enerģijas nezūdamības, impulsa, leņķiskā momenta, elektriskā lādiņa, bariona lādiņa u.c.

Galvenās elementārdaļiņu īpašības: kalpošanas laiks , masa , spins , elektriskais lādiņš , magnētiskais moments , bariona lādiņš , leptona lādiņš , dīvainība , izotopu spins , paritāte , lādiņa paritāte , G-paritāte , CP-paritāte .

Klasifikācija

Pēc dzīves laika

• Stabilas elementārdaļiņas - daļiņas, kurām ir bezgala ilgs mūžs brīvā stāvoklī (protons, elektrons, neitrīno, fotons un to antidaļiņas).
• Nestabilās elementārdaļiņas - daļiņas, kas ierobežotā laikā brīvā stāvoklī sadalās citās daļiņās (visas pārējās daļiņas).

Pēc svara

Visas elementārdaļiņas iedala divās klasēs:

• Bezmasas daļiņas - daļiņas ar nulles masu (fotons, gluons).
• Daļiņas ar masu, kas nav nulle (visas pārējās daļiņas).

Muguras izmērs

Visas elementārdaļiņas iedala divās klasēs:

Pēc mijiedarbības veida

Elementārās daļiņas iedala šādās grupās:

Kompozītmateriālu daļiņas

• Hadroni ir daļiņas, kas iesaistītas visa veida fundamentālajās mijiedarbībās. Tie sastāv no kvarkiem un savukārt tiek iedalīti:
  • mezoni - hadroni ar veselu skaitļu spinu, tas ir, ir bozoni;
  • barioni ir hadroni ar pusvesela skaitļa spinu, t.i., fermioni. Tie jo īpaši ietver daļiņas, kas veido atoma kodolu - protonu un neitronu.

Fundamentālās (bezstrukturālās) daļiņas

• Leptoni ir fermioni, kas izskatās kā punktveida daļiņas (tas ir, tie nesastāv no nekā) līdz mērogiem 10–18 m. Tie nepiedalās spēcīgā mijiedarbībā. Līdzdalība elektromagnētiskajā mijiedarbībā ir eksperimentāli novērota tikai lādētiem leptoniem (elektroniem, mioniem, tau leptoniem), un nav novērota neitrīno. Ir zināmi 6 leptonu veidi.
• Kvarki ir frakcionēti lādētas daļiņas, kas veido hadronus. Brīvā stāvoklī tie netika novēroti (lai izskaidrotu šādu novērojumu neesamību, tika piedāvāts ieslodzījuma mehānisms). Tāpat kā leptoni, tos iedala 6 tipos un uzskata par bezstrukturāliem, tomēr atšķirībā no leptoniem tie piedalās spēcīgā mijiedarbībā.
• Mērbozoni - daļiņas, ar kurām notiek mijiedarbība:
  • fotons - daļiņa, kas veic elektromagnētisko mijiedarbību;
  • astoņi gluoni, daļiņas, kas nes spēcīgu spēku;
  • trīs starpposma vektora bozoni W + , W− un Z 0 ar vāju mijiedarbību;
  • gravitons ir hipotētiska daļiņa, kas veic gravitācijas mijiedarbību. Gravitonu esamība, lai gan vēl nav eksperimentāli pierādīta gravitācijas mijiedarbības vājuma dēļ, tiek uzskatīta par diezgan iespējamu; tomēr gravitons nav iekļauts elementārdaļiņu standarta modelī.

Elementārdaļiņu izmēri

Neskatoties uz lielo elementārdaļiņu daudzveidību, to izmēri ietilpst divās grupās. Hadronu (gan barionu, gan mezonu) izmēri ir aptuveni 10–15 m, kas ir tuvu vidējam attālumam starp to kvarkiem. Fundamentālo, bezstruktūras daļiņu - mērbozonu, kvarku un leptonu - izmēri eksperimentālās kļūdas robežās atbilst to punktu raksturam (diametra augšējā robeža ir aptuveni 10–18 m) ( skatīt skaidrojumu). Ja turpmākajos eksperimentos šo daļiņu galīgie izmēri netiek atrasti, tas var norādīt, ka gabarītbozonu, kvarku un leptonu izmēri ir tuvu fundamentālajam garumam (kas, ļoti iespējams, var izrādīties Planka garums, kas vienāds ar 1,6 10 –35 m) .

Tomēr jāatzīmē, ka elementārdaļiņas izmērs ir diezgan sarežģīts jēdziens, kas ne vienmēr atbilst klasiskajiem jēdzieniem. Pirmkārt, nenoteiktības princips neļauj stingri lokalizēt fizisko daļiņu. Viļņu paketei, kas attēlo daļiņu kā precīzi lokalizētu kvantu stāvokļu superpozīciju, vienmēr ir ierobežoti izmēri un noteikta telpiskā struktūra, un paketes izmēri var būt diezgan makroskopiski - piemēram, elektrons eksperimentā ar traucējumiem divās spraugās "sajūt" abas interferometra spraugas atdalītas ar makroskopisku attālumu . Otrkārt, fiziska daļiņa izmaina vakuuma struktūru ap sevi, radot īslaicīgu virtuālo daļiņu "kažoku" - fermionu-antifermionu pārus (skat. Vakuuma polarizācija) un bozonus-mijiedarbības nesējus. Šī apgabala telpiskie izmēri ir atkarīgi no daļiņai piemītošajiem lādiņiem un starpbozonu masām (masīvo virtuālo bozonu apvalka rādiuss ir tuvu to Komptona viļņa garumam, kas, savukārt, ir apgriezti proporcionāls to viļņa garumam masa). Tātad elektrona rādiuss no neitrīno viedokļa (iespējama tikai vāja mijiedarbība starp tiem) ir aptuveni vienāds ar W-bozonu Komptona viļņa garumu ~3 × 10 -18 m un apgabala izmēriem. spēcīgu hadronu mijiedarbību nosaka vieglākā hadrona, pi-mezona, Komptona viļņa garums (~10 -15 m ), kas šeit darbojas kā mijiedarbības nesējs.

Stāsts

Sākotnēji termins "elementārdaļiņa" nozīmēja kaut ko absolūti elementāru, matērijas pirmo ķieģeli. Taču, kad pagājušā gadsimta 50. un 60. gados tika atklāti simtiem hadronu ar līdzīgām īpašībām, kļuva skaidrs, ka vismaz hadroniem ir iekšējās brīvības pakāpes, proti, tie nav šī vārda tiešā nozīmē elementāri. Šīs aizdomas vēlāk apstiprinājās, kad izrādījās, ka hadronus veido kvarki.

Tādējādi fiziķi ir iegājuši nedaudz dziļāk matērijas struktūrā: elementārākās, punktveida matērijas daļas tagad tiek uzskatītas par leptoniem un kvarkiem. Viņiem (kopā ar gabarīta bozoniem) termins " fundamentāli daļiņas".

Stīgu teorija, kas ir aktīvi attīstīta kopš 80. gadu vidus, pieņem, ka elementārdaļiņas un to mijiedarbība ir sekas dažāda veidaīpaši mazu "stīgu" vibrācijas.

standarta modelis

Elementārdaļiņu standarta modelis ietver 12 fermionu garšas, tām atbilstošās antidaļiņas, kā arī mērbozonus (fotonu, gluonu, W- un Z-bozoni), kas veic mijiedarbību starp daļiņām, un 2012. gadā atklātais Higsa bozons, kas ir atbildīgs par inerciālās masas klātbūtni daļiņās. Tomēr standarta modelis lielākoties tiek uzskatīts par pagaidu teoriju, nevis patiesi fundamentālu, jo tas neietver gravitāciju un satur vairākus desmitus brīvu parametru (daļiņu masas utt.), kuru vērtības tieši neizriet no teorijas. Iespējams, ka ir elementārdaļiņas, kuras nav aprakstītas standarta modelī – piemēram, gravitons (daļiņa, kas hipotētiski nes gravitācijas spēkus) vai parasto daļiņu supersimetriski partneri. Kopumā modelis apraksta 61 daļiņu.

Fermions

Fermionu 12 garšas ir sadalītas 3 ģimenēs (paaudzēs) pa 4 daļiņām katrā. Seši no tiem ir kvarki. Pārējie seši ir leptoni, no kuriem trīs ir neitrīno, un pārējie trīs ir ar vienību negatīvu lādiņu: elektrons, mions un tau leptons.

Daļiņu paaudzes

Pirmā paaudze	Otrā paaudze	trešā paaudze
Elektrons: e-	Mūns: μ −	Tau leptons: τ −
Elektronu neitrīno: v e	Muona neitrīno: ν μ	Tau neitrīno: ν τ (\displaystyle \nu _(\tau ))
u-kvarks ("augšā"): u	c-kvarks ("apburts"): c	t-kvarks ("patiess"): t
d-kvarks ("apakšā"): d	s-kvarks ("dīvaini"): s	b-kvarks ("burvīgs"): b

antidaļiņas

Ir arī 12 fermioniskās antidaļiņas, kas atbilst iepriekšminētajām divpadsmit daļiņām.

antidaļiņas

Pirmā paaudze	Otrā paaudze	trešā paaudze
pozitrons: e +	Pozitīvs mūons: μ +	Pozitīvs tau leptons: τ +
Elektroniskais antineitrīns: ν ¯ e (\displaystyle (\bar (\nu ))_(e))	Muon antineutrino: ν ¯ μ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\mu ))	Tau antineitrīno: ν ¯ τ (\displaystyle (\bar (\nu ))_(\tau ))
u- antikvarks: u ¯ (\displaystyle (\bar(u)))	c- antikvarks: c ¯ (\displaystyle (\bar (c)))	t- antikvarks: t ¯ (\displaystyle (\bar(t)))
d- antikvarks: d ¯ (\displaystyle (\bar (d)))	s- antikvarks: s ¯ (\displaystyle (\bar (s)))	b- antikvarks: b ¯ (\displaystyle (\bar (b)))

Kvarki

Kvarki un antikvarki nekad nav atrasti brīvā stāvoklī – tas tiek skaidrots ar fenomenu

Alfa(a) stari- pozitīvi lādēti hēlija joni (He ++), kas izlido no atomu kodoliem ar ātrumu 14 000-20 000 km / h. Daļiņu enerģija ir 4-9 MeV. a-starojums parasti tiek novērots smagos un pārsvarā dabiskos radioaktīvos elementos (rādijs, torijs utt.). A-daļiņas diapazons gaisā palielinās, palielinoties a-starojuma enerģijai.

Piemēram, a-torija daļiņas(Th232), kura enerģija ir 3,9 V MeV, gaisā iet 2,6 cm, un rādija C a-daļiņām ar enerģiju 7,68 MeV ir 6,97 cm. Minimālais absorbera biezums, kas nepieciešams pilnīgai daļiņu absorbcijai, tiek saukts darbināt šīs daļiņas noteiktā vielā. A-daļiņu diapazons ūdenī un audos ir 0,02–0,06 mm.

a-daļiņas pilnībā absorbē salvešu papīra gabals vai plāns alumīnija slānis. Viens no svarīgākās īpašības a-starojums ir spēcīgs jonizējošais efekts. Kustības ceļā a-daļiņa gāzēs veido milzīgu skaitu jonu. Piemēram, gaisā pie 15° un 750 mm spiediena viena a-daļiņa atkarībā no enerģijas rada 150 000-250 000 jonu pāru.

Piemēram, specifiska jonizācija gaisā a-daļiņas no radona, kura enerģija ir 5,49 MeV, ir 2500 jonu pāri uz 1 mm ceļu. Jonizācijas blīvums α-daļiņu palaišanas beigās palielinās, tāpēc šūnu bojājums palaišanas beigās ir aptuveni 2 reizes lielāks nekā palaišanas sākumā.

Fizikālās īpašības a-daļiņas nosaka to bioloģiskās ietekmes pazīmes uz ķermeni un aizsardzības metodes pret šāda veida starojumu. Ārējā apstarošana ar a-stariem nav bīstama, jo pietiek attālināties no avota par dažiem (10-20) centimetriem vai uzstādīt vienkāršu ekrānu, kas izgatavots no papīra, auduma, alumīnija un citiem plaši izplatītiem materiāliem, lai starojums būtu mazāks. pilnībā uzsūcas.

labākais briesmas a-stari attēlo, kad tiek trāpīts un nogulsnēts radioaktīvos A izstarojošos elementos. Šādos gadījumos ķermeņa šūnas un audi tiek tieši apstaroti ar a-stariem.

Beta(b) stari- elektronu plūsma, kas tiek izmesta no atomu kodoliem ar ātrumu aptuveni 100 000-300 000 km / s. P-daļiņu maksimālā enerģija ir robežās no 0,01 līdz 10 MeV. B-daļiņas lādiņš pēc zīmes un lieluma ir vienāds ar elektrona lādiņu. B-sabrukšanas tipa radioaktīvās transformācijas ir plaši izplatītas dabisko un mākslīgo radioaktīvo elementu vidū.

b-stari tiem ir daudz lielāka iespiešanās spēja nekā a-stariem. Atkarībā no b-staru enerģijas to diapazons gaisā svārstās no milimetra daļām līdz vairākiem metriem. Tādējādi b-daļiņu diapazons ar enerģiju 2-3 MeV gaisā ir 10-15 m, un ūdenī un audos to mēra milimetros. Piemēram, radioaktīvā fosfora (P32) emitēto b-daļiņu diapazons ar maksimālo enerģiju 1,7 MeV audos ir 8 mm.

b-daļiņa ar enerģiju, kas vienāds ar 1 MeV, ceļā gaisā var izveidot aptuveni 30 000 jonu pāru. B-daļiņu jonizācijas spēja ir vairākas reizes mazāka nekā tādas pašas enerģijas a-daļiņām.

B-staru iedarbība uz ķermeņa var izpausties gan ar ārēju, gan iekšēju apstarošanu, ja tiek uzņemtas aktīvās vielas, kas organismā izdala b-daļiņas. Lai aizsargātu pret b-stariem ārējās apstarošanas laikā, ir jāizmanto ekrāni, kas izgatavoti no materiāliem (stikls, alumīnijs, svins utt.). Radiācijas intensitāti var samazināt, palielinot attālumu no avota.

No kā sastāv kodoli? Kā kodola daļas tiek turētas kopā? Tika konstatēts, ka pastāv milzīga lieluma spēki, kas notur kodola sastāvdaļas. Kad šie spēki tiek atbrīvoti, atbrīvotā enerģija ir milzīga, salīdzinot ar ķīmisko enerģiju, tas ir kā salīdzināt atombumbas sprādzienu ar trotila sprādzienu. Tas skaidrojams ar to, ka atomu sprādzienu izraisa izmaiņas kodola iekšienē, savukārt TNT sprādziena laikā pārkārtojas tikai elektroni uz atoma ārējā apvalka.

Tātad, kādi ir spēki, kas satur neitronus un protonus kopā kodolā?

Elektriskā mijiedarbība ir saistīta ar daļiņu – fotonu. Tāpat Jukava ierosināja, ka pievilcības spēkiem starp protonu un neitronu ir īpašs lauka veids un šī lauka svārstības uzvedas kā daļiņas. Tas nozīmē, ka, iespējams, bez neitroniem un protoniem pasaulē ir vēl dažas daļiņas. Jukava spēja izsecināt šo daļiņu īpašības no jau zināmajām kodolspēku īpašībām. Piemēram, viņš prognozēja, ka to masai vajadzētu būt 200-300 reižu lielākai nekā elektronam. Un, ak, brīnums!- tikko kosmiskajos staros tika atklāta daļiņa ar tādu masu! Tomēr nedaudz vēlāk izrādījās, ka šī nepavisam nav tā pati daļiņa. Viņi to sauca par muonu vai mūonu.

Un tomēr nedaudz vēlāk, 1947. vai 1948. gadā, tika atklāta daļiņa π-mezons jeb pions, kas atbilda Jukavas prasībām. Izrādās, lai iegūtu kodolspēkus, protonam un neitronam jāpievieno pions. "Brīnišķīgi! - tu iesaucies.- Ar šīs teorijas palīdzību mēs tagad veidosim kvantu kodoldinamiku, un pioni kalpos tiem mērķiem, kuriem Jukava tos ieviesa; Redzēsim, vai šī teorija darbojas, un, ja tā, mēs visu izskaidrosim. Veltas cerības! Izrādījās, ka aprēķini šajā teorijā ir tik sarežģīti, ka nevienam vēl nav izdevies tos izdarīt un izvilkt no teorijas nekādas sekas, nevienam nav veicies salīdzināt ar eksperimentu. Un tas turpinās jau gandrīz 20 gadus!

Kaut kas nesaskan ar teoriju; mēs nezinām, vai tā ir taisnība vai nē; taču mēs jau zinām, ka tajā kaut kā pietrūkst, ka tajā slēpjas kādi pārkāpumi. Kamēr mēs mīdījāmies pa teoriju, mēģinot aprēķināt sekas, eksperimentētāji šajā laikā kaut ko atklāja. Nu tas pats μ-mezons, jeb mūons. Un mēs joprojām nezinām, kam tas ir labs. Atkal kosmiskajos staros tika atrastas daudzas "papildu" daļiņas. Līdz šim to ir jau vairāk nekā 30, un saikne starp tām joprojām ir grūti aptverama, un nav skaidrs, ko daba no viņiem vēlas un kurš no tiem ir atkarīgs no kura. Pirms mums visas šīs daļiņas vēl neparādās kā vienas un tās pašas būtības dažādas izpausmes, un tas, ka ir daudz atšķirīgu daļiņu, ir tikai nesakarīgas informācijas klātbūtnes atspulgs bez pieļaujamas teorijas. Pēc nenoliedzamiem kvantu elektrodinamikas panākumiem - kaut kāds informācijas kopums no kodolfizikas, zināšanu lūžņi, daļēji pieredzējuši, daļēji teorētiski. Viņiem jautā, teiksim, pēc protona un neitrona mijiedarbības rakstura un paskatieties, kas no tā sanāks, īsti nesaprotot, no kurienes nāk šie spēki. Papildus aprakstītajam nav bijis ievērojams progress.

Bet ķīmiskie elementi galu galā arī to bija daudz, un pēkšņi starp tiem varēja saskatīt Mendeļejeva periodiskās tabulas izteikto saikni. Pieņemsim, ka kālijs un nātrijs - vielas, kurām ir līdzīgas ķīmiskās īpašības - tabulā iekrita vienā kolonnā. Tātad, mēs mēģinājām izveidot tabulu, piemēram, periodisko tabulu jaunām daļiņām. Vienu šādu tabulu neatkarīgi ierosināja Gell-Mann ASV un Nishijima Japānā. To klasifikācijas pamatā ir jauns skaitlis, piemēram, elektriskais lādiņš. Tas tiek piešķirts katrai daļiņai un tiek saukts par tās "dīvainību" S. Šis skaitlis nemainās (tāpat kā elektriskais lādiņš) reakcijās, ko rada kodolspēki.

Tabulā. 2.2 parāda jaunas daļiņas. Pagaidām par tiem sīkāk nerunāsim. Bet tabula vismaz parāda, cik maz mēs joprojām zinām. Zem katras daļiņas simbola ir tās masa, kas izteikta noteiktās vienībās, ko sauc par megaelektronvoltiem vai MeV (1 MeV ir 1,782 * 10 -27 G). Mēs neiedziļināsimies vēsturiskajos motīvos, kas lika ieviest šo vienību. Iepriekš redzamajā tabulā daļiņas ir masīvākas. Vienā kolonnā ir viena un tā paša elektriskā lādiņa daļiņas, neitrālas - pa vidu, pozitīvas - pa labi, negatīvas - pa kreisi.

Daļiņas ir pasvītrotas ar nepārtrauktu līniju, "rezonanses" - ar triepieniem. Tabulā vispār nav daļiņu: nav fotonu un gravitona, ļoti svarīgas daļiņas ar nulles masu un lādiņu (tās neietilpst bariona-mezona-leptona klasifikācijas shēmā), un nav arī jaunu rezonanšu (φ , f, Y * utt.). Tabulā ir dotas mezonu antidaļiņas, un leptonu un barionu antidaļiņām būtu nepieciešams sastādīt jaunu tabulu, kas ir līdzīga šai, bet tikai spoguļattēlā attiecībā pret nulles kolonnu. Lai gan visas daļiņas, izņemot elektronu, neitrīno, fotonu, gravitonu un protonu, ir nestabilas, to sabrukšanas produkti tiek rakstīti tikai rezonansei. Leptonu dīvainības arī nav rakstītas, jo šis jēdziens uz tiem nav attiecināms - tie nav spēcīgi mijiedarbojas ar kodoliem.

Daļiņas, kas atrodas kopā ar neitronu un protonu, sauc par barioniem. Šī ir “lambda” ar masu 1115,4 MeV un trīs citas “sigmas”, ko sauc par sigma-mīnus, sigma-nulle, sigma-plus, ar gandrīz vienādām masām. Gandrīz vienādas masas daļiņu grupas (atšķirība par 1-2%) sauc par multipletiem. Visām multipleta daļiņām ir vienāda dīvainība. Pirmais multiplets ir pāris (dubults) protons - neitrons, tad nāk singleta (vienkāršā) lambda, tad tripleta (trīskāršā) sigma, dublets xi un singlets omega-mīnus. Sākot ar 1961. gadu, sāka atklāt jaunas smagās daļiņas. Bet vai tās ir daļiņas? Tiem ir tik īss dzīves ilgums (tie sadalās, tiklīdz tie veidojas), ka nav zināms, vai tās saukt par jaunām daļiņām vai uzskatīt tās par "rezonanses" mijiedarbību starp to sabrukšanas produktiem, teiksim, Λ un π kādā fiksētā vietā. enerģiju.

Kodola mijiedarbībai papildus barioniem ir nepieciešamas arī citas daļiņas - mezoni. Tie, pirmkārt, ir trīs pionu šķirnes (plus, nulle un mīnus), veidojot jaunu tripletu. Tika atrastas arī jaunas daļiņas - K-mezoni (tas ir dublets K+ un K 0 ). Katrai daļiņai ir antidaļiņa, ja vien daļiņa nav pašas antidaļiņa, teiksim π+ un π- ir viena otras antidaļiņas, a π 0 ir sava antidaļiņa. Antidaļiņas un K- ar K + un K 0 ar K 0 `. Turklāt pēc 1961. gada mēs sākām atklāt jaunus mezonus vai sava veida mezonus, kas gandrīz acumirklī sadalās. Vienu šādu kuriozu sauc par omega, ω, tā masa ir 783, tas pārvēršas par trim pioniem; ir vēl viens veidojums, no kura iegūst pionu pāri.

Tāpat kā daži retzemju metāli ir izkrituši no ļoti veiksmīgās periodiskās tabulas, tāpat dažas daļiņas izkrīt no mūsu tabulas. Tās ir daļiņas, kurām nav spēcīga mijiedarbības ar kodoliem, tām nav nekāda sakara ar kodolenerģijas mijiedarbību, kā arī nav spēcīgas mijiedarbības viena ar otru (spēcīgs tiek saprasts spēcīgs mijiedarbības veids, kas dod atomenerģiju). Šīs daļiņas sauc par leptoniem; tajos ietilpst elektrons (ļoti viegla daļiņa ar masu 0,51 MeV) un mions (kura masa 206 reizes pārsniedz elektronu). Cik mēs varam spriest no visiem eksperimentiem, elektrons un mions atšķiras tikai pēc masas. Visas miona īpašības, visas tā mijiedarbības ne ar ko neatšķiras no elektrona īpašībām – tikai viens ir smagāks par otru. Kāpēc tas ir smagāks, ko tas dod, mēs nezinām. Papildus tiem ir arī neitrāla ērce - neitrīno, kuras masa ir nulle. Turklāt tagad ir zināms, ka pastāv divu veidu neitrīno: viens saistīts ar elektroniem un otrs ar mioniem.

Visbeidzot, ir vēl divas daļiņas, kas arī nesadarbojas ar kodoliem. Viens, ko mēs jau zinām, ir fotons; un ja gravitācijas laukam ir arī kvantu mehāniskās īpašības (lai gan gravitācijas kvantu teorija vēl nav izstrādāta), tad, iespējams, ir arī gravitona daļiņa ar nulles masu.

Kas ir "nulles masa"? Mūsu norādītās masas ir miera stāvoklī esošo daļiņu masas. Ja daļiņas masa ir nulle, tad tas nozīmē, ka tā neuzdrošinās atpūsties. Fotons nekad nestāv uz vietas, tā ātrums vienmēr ir 300 000 km/sek. Mēs joprojām sapratīsim relativitātes teoriju un mēģināsim iedziļināties masas jēdziena nozīmē.

Tātad mēs esam saskārušies ar veselu virkni daļiņu, kas kopā šķiet ļoti būtiska matērijas sastāvdaļa. Par laimi, šīs daļiņas ne visas savā mijiedarbībā atšķiras viena no otras. Acīmredzot starp tām ir tikai četri mijiedarbības veidi. Mēs tos uzskaitām stipruma samazināšanās secībā: kodolspēki, elektriskā mijiedarbība, (β-sabrukšanas mijiedarbība un gravitācija. Fotons mijiedarbojas ar visām uzlādētajām daļiņām ar spēku, ko raksturo kāds konstants skaitlis 1/137. Detalizēts šī savienojuma likums ir zināms - tā ir kvantu elektrodinamika.Gravitācija mijiedarbojas ar jebkuru enerģiju,bet ārkārtīgi vāji,daudz vājāk par elektrību.Un šis likums ir zināms.Tad ir tā saucamie vājie sabrukumi:β-sabrukšana,kuras dēļ neitrons diezgan lēni sadalās protons, elektrons un neitrīno.Šeit likums ir precizēts Un tā saucamajai spēcīgajai mijiedarbībai (mezona saitei ar barionu) ir spēks, kas vienāds ar vienu šajā mērogā, un tā likums ir pilnīgi neskaidrs, lai gan daži ir zināmi noteikumi, piemēram, tas, ka barionu skaits nemainās nevienā reakcijā.

Situācija, kurā atrodas mūsdienu fizika, ir jāuzskata par briesmīgu. Es to apkopotu šādos vārdos: ārpus kodola mēs it kā zinām visu; tajā iekšā ir spēkā kvantu mehānika, tās principu pārkāpumi tur netika konstatēti.

Posms, kurā darbojas visas mūsu zināšanas, ir relativistiskā telpa-laiks; iespējams, ka ar to ir saistīta arī gravitācija. Mēs nezinām, kā radās Visums, un mēs nekad neesam veikuši eksperimentus, lai precīzi pārbaudītu mūsu priekšstatus par telpu-laiku nelielos attālumos, mēs zinām tikai to, ka ārpus šiem attālumiem mūsu uzskati ir nekļūdīgi. Vēl varētu piebilst, ka spēles noteikumi ir principi kvantu mehānika; un, cik zināms, uz jaunajām daļiņām tie attiecas ne sliktāk kā uz vecajām. Kodolspēku izcelsmes meklēšana noved mūs pie jaunām daļiņām; bet visi šie atklājumi rada tikai apjukumu. Mums nav pilnīgas izpratnes par viņu savstarpējām attiecībām, lai gan mēs jau esam redzējuši dažas spilgtas saiknes starp viņiem. Mēs, acīmredzot, pamazām tuvojamies ārpusatomisko daļiņu pasaules izpratnei, taču nav zināms, cik tālu esam pa šo ceļu gājuši.